基于BP神经网络PID控制的无刷直流电动机调速系统设计(毕业设计)

***毕业设计(论文)任务书课题名称基于BP神经网络PID控制的无刷直流电动机调速系统设计学院***专业班级***姓名***学号***毕业设计（论文）的工作内容:（1）熟练掌握MATLAB_Simulink（M语言）建模仿真的方法，并用其实现相应的BP神经网络PID控制的无刷直流电动机调速系统验证；（2）结合相关资料，重点了解无刷直流电机的工作原理，调速方法及应用（写出相应的综述报告）；（2）结合现有的文献资料，了解神经网络控制技术，重点掌握BP神经网络控制及其在无刷直流电动机调速系统中的应用；（3）对提出的控制算法的有效性进行对比仿真研究（与常规PID控制进行对比）（4）完成5000汉字英文资料的翻译起止时间：2012年2月13日至2012年6月5日共16周指导教师签字系主任签字院长签字***毕业设计（论文）说明书┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊I摘要本文以基于BP神经网络PID控制的无刷直流电机(简称BLDCM)调速系统设计为主题开展研究，以期对BP神经网络控制技术和BLDCM调速控制技术的发展起到积极的作用。为了提高BLDCM调速系统的性能，本文将BP神经网络与PID有机结合，构成基于BP神经网络的参数自整定PID控制器，以克服常规PID控制存在的不足，仿真研究表明BP神经网络PID控制器优于传统PID控制器。在理论分析和仿真研究的基础上，本文采用BP神经网络PID控制算法，对典型的参数时变非线性系统的控制进行了仿真研究。仿真结果验证了所建模型的正确性，并证明了神经网络控制的优越性。关键词：无刷直流电机PID控制BP神经网络仿真***毕业设计（论文）说明书┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊IIAbstractWiththeexpectationtoplayapositiveroleinthedevelopmentofBPNeuralNetworkbasedcontrolandBrushlessDCMotor(BLDCM)Drives,thispaperresearchesanddesignsaPID-ControlBrushlessDCMotorDrivesbasedonBPNeuralNetwork.InOrdertoimprovetheperformanceoftheBLDCMspeedcontrolsystem,theBPneuralnetworkandPIDorganiccombination,constituteaself-tuningPIDcontrollerbasedonBPneuralnetworkparametersinordertoovercometheshortcomingsoftheconventionalPIDcontrol,simulationstudieshaveshownthattheBPneuralnetworkPIDcontrollersuperiortoconventionalPIDcontroller.Onthebasisoftheoreticalanalysisandsimulationstudies,thisarticleusestheBPneuralnetworkPIDcontrolalgorithm,asimulationstudyonthetypicalparametersoftime-varyingcontrolofnonlinearsystems.Thesimulationresultsverifythecorrectnessofthemodel,andprovethesuperiorityoftheneuralnetworkcontrol.Keywords:BLDCMPIDControlBPNeuralNetworkSimulation***毕业设计（论文）说明书┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊III目录第1章绪论..........................................................11.1控制理论的发展和面临的挑战.......................................11.2神经网络技术的发展与现状..........................................21.3神经网络用于控制系统的优势与前景..................................31.4神经网络在电机控制中的应用........................................31.5神经网络PID控制研究的现状和意义..................................41.6设计主要内容.....................................................5第2章无刷直流电机原理及数学模型......................................62.1无刷直流电机的基本组成...........................................62.2无刷直流电机的工作原理...........................................82.3无刷直流电机的数学模型..........................................102.3.1电压方程...................................................102.3.2电磁转矩方程...............................................112.3无刷直流电机的调速原理..........................................132.4小结............................................................14第3章BP神经网络PID控制方法研究....................................153.1神经网络概述....................................................153.1.1神经元的结构模型...........................................153.1.2多种作用函数...............................................163.2神经网络控制....................................................173.2.1神经网络控制概述...........................................173.2.2神经网络控制的结构和基本原理...............................183.2.3神经网络控制的特点.........................................193.3BP神经网络控制..................................................193.3.1BP神经网络的结构...........................................193.3.2BP神经网络的学习算法.......................................203.3.3BP神经网络的不足及改进......................................223.4BP神经网络PID控制器基本原理....................................233.4.1传统PID控制原理.............................................233.4.2基于BP神经网络的PID控制原理...............................243.5神经网络PID控制器基本结构.......................................253.6基于BP神经网络的PID控制算法....................................263.7小结.............................................................28第4章无刷直流电机BP神经网络PID控制仿真研究........................294.1MATLAB/SIMULINK介绍.............................................294.2系统仿真........................................................294.2.1系统参数....................................................294.2.2空载时系统仿真..............................................304.2.3有负载干扰时系统仿真........................................32***毕业设计（论文）说明书┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊IV4.3结果分析........................................................334.3.1仿真结果比较................................................334.3.2结论........................................................334.4本章小结........................................................33结束语...............................................................34参考文献.............................................................35致谢.................................................................36***毕业设计（论文）说明书┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1第1章绪论1.1控制理论的发展和面临的挑战控制理论学科经历了经典控制理论、现代控制理论两个发展阶段，现在己进入非线性控制理论和智能控制理论发展时期。它和其他学科一样，也是由于社会发展的需要，从解决重大工程和技术问题的实践中产生发展而来的，而它的发展水平则受到人类技术手段和知识水平的限制。经典控制理论和现代控制理论研究的是线性时不变系统的控制问题。但是自然界和现实生活中的系统绝大多数是非线性的，仅凭单一的分析线性系统的理论来分析非线性系统，存在固有的缺点。而且，随着科学技术的发展，人们对控制品质的要求的提高，对实际过程的分析逐步精密，对控制系统的研究涉及到非线性、鲁棒性以及具有柔性结构的系统和离散事件动态系统等，从而系统的非线性影响也就愈发突出了。显然，传统的线性理论已经不能很好的解决这些问题。这对控制理论的应用无疑是一个新的挑战。于是非线性控制理论和智能控制理论应运而生。人工智能的发展促使自动控制向智能控制发展。可以说，智能控制是控制信息论、人工智能和计算机科学相结合的产物。智能控制