2、海洋工程系统与配电网控制算法研究

海洋工程系统与配电网控制算法研究

1. 无刷直流电机控制研究

在海洋应用领域，无刷直流电机（BLDCM）得到了广泛的应用，如海上风力涡轮机的运行，还涉及机器人技术、食品技术和航空等领域。PID控制器在性能方面优于其他线性控制器，常用于控制电机的速度。传统的PID参数调整方法是间接的，本文提出了遗传算法和蚁群优化两种非传统算法来调整PID参数，以控制BLDC电机的速度。

1.1 研究背景

海上电气动力系统（OEDS）处于恶劣环境中，承受着较大的负载，如海上风力涡轮机、海洋机器人和水下航行器等。这些系统通常使用永磁无刷电机，而无刷直流电机需要合适的控制算法来实现负载的稳定运行。传统的PID控制器增益通常通过劳斯 - 赫尔维茨准则、极点配置方法、根轨迹法和齐格勒 - 尼科尔斯（Z - N）调谐公式等产生，但最优设置需要动态加权矩阵。基于人工智能和软计算技术的先进控制概念对于提高系统的整体性能至关重要。

1.2 无刷直流电机数学模型

无刷直流电机的数学模型通常与普通直流电机相似，其相数对整体结果有显著影响，会影响BLDC配置的电阻和电感特性。以对称三相和内部“星形”连接的基本设计为例，可以快速了解整个相位概念。其机械和电气常数分别为(\tau_m = \frac{J\cdot 3R}{K_eK_t})和(\tau_e = \frac{L}{3\cdot R})，通过引入效应，可以推导出BLDC电机系统的传递函数：
[G(s) = \frac{1}{K_e(\tau_m\tau_eS^2 + \tau_mS + 1)}]
其中，(J)是电机的惯性，(R)是内部电阻，(K_e)和(K_t)分别是反电动势和转矩常数。