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专利号: 2022107388135
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-08-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁同步电机控制参数优化方法,永磁同步电机速度由PI速度控制器控制,负载转矩观测器对负载转矩进行观测,负载转矩观测器的输出用于对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿,其特征在于,PI速度控制器和负载转矩观测器的参数统一采用狼群算法进行优化整定;

狼群算法中,狼匹对猎物展开围攻按照式

进行;其中,i=1,2,…,M‑1;j=1,2,…,N;M为狼群中狼匹数量,N为狼群算法的搜索空间维度; 表示第i匹狼的当前位置;zb=[pb1 pb2…pbN]表示当前的头狼位置;δ为预先设立的阈值,δ的取值范围为[0.1 0.4];zjmax和zjmin分别为第j维参数取值区间的最大值和最小值;stepc是围攻步长,按照式进行计算;其中,n为当前的迭代次数,nmax为设定的最大迭代次数;stepcmax、stepcmin分别为设定的最大围攻步长、最小围攻步长;ξ为围攻步长衰减因子,1.5≤ξ≤10。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,PI速度控制器输出的负载转矩给定值 和转矩电流给定分量i′q为其中,p是电机极对数,ψf是永磁体磁链;Kp为PI速度控制器的比例系数,Ti为PI速度控* *制器的积分时间常数;电机的转子角速度误差e=ω ‑ω,ω 为给定转子角速度,ω为转子角速度,e(t)为转子角速度误差瞬时值;

负载转矩观测器为

其中,J是转动惯量, 是转子角速度估计值,g是负载转矩观测器的反馈增益且g<0;

kg是负载转矩观测器的滑模增益且kg≤‑|e2/J|, 为负载

转矩观测误差,TL为负载转矩, 为负载转矩观测值。

3.如权利要求2所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,负载转矩观测器的输出对PI速度控制器的输出进行负载转矩补偿的方法是,将负载转矩的观测值 转换成转矩电流补偿分量i″q前馈补偿至q轴电流PI控制器的输入;q轴转矩电流给定值 为

4.如权利要求3所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,负载转矩观测器根据负载转矩给定值 和负载转矩观测值 的变化对反馈增益g进行调整,方法是:步骤S1、负载转矩观测器对负载转矩进行TL观测,得到负载转矩观测值 PI速度控制器进行控制运算得到负载转矩给定值步骤S2、计算 计算

步骤S3、判断ΔT是否大于ε2;当ΔT大于ε2时,取反馈增益g等于gmin并退出;当ΔT小于等于ε2时,进入步骤S4;

步骤S4、判断ΔT是否小于ε1;当ΔT小于ε1时,取反馈增益g等于gmax并退出;当ΔT大于等于ε1时,进入步骤S5;

步骤S5、反馈增益g按照

进行计算;

其中,ε1为转矩变化低限比较阈值,ε2为转矩变化高限比较阈值,且0<ε1<ε2;gmax为反馈增益高值,gmin为反馈增益低值,且gmin<gmax<0。

5.如权利要求4所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,建立综合评价PI速度控制器和负载转矩观测器各项性能指标的目标函数Q3为其中,tz为电机转子角速度阶跃响应的过渡过程时间,t=0为电机阶跃响应的启动时刻;Q31中的γz1(1‑sgn(e(t)+ωδ))项为转子角速度超调罚函数,γz1为一个足够大的正数,ωδ为转子角速度超调量限值;Q32中的γz1(1‑sgn(e(t)+ωΔ))项为稳态误差罚函数,ωΔ为转子角速度稳态误差限值;γz为适应度平衡调整系数且γz>0;γz2≥6;

待优化的参数向量为μ1=|Kp,Ti,Gmax,Gmin,ε1,ε2,α],狼群算法的搜索空间维度N等于7。

6.如权利要求5所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,给定转子角速度*ω为阶跃信号;在电机启动时,负载转矩TL为负载转矩高值TLmax;在t>tz,电机进入转子角速度稳定状态后,负载转矩TL从高值TLmax突变减小至低值TLmin;负载转矩TL维持为低值TLmin运行时间 后,从低值TLmin突变增加至高值TLmax; 为2~5tz之间的随机值。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,负载转矩高值TLmax不大于电机的额定负载转矩TN,负载转矩低值TLmin不小于电机额定负载转矩TN的10%,负载转矩高值TLmax与负载转矩低值TLmin之间的差值不小于电机额定负载转矩TN的50%。

8.如权利要求5‑7中任一项所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,狼群算法为:步骤301,初始化狼群;狼群中各匹狼的初始位置为

步骤302,游猎竞争;计算狼群中每一匹狼的适应值,适应值越小说明狼所处位置越优;

选择其中位置最优的1匹狼为头狼,除头狼外位置最优的R1匹狼为竞选狼;R1匹竞选狼展开游猎搜索行为,竞争并替换头狼;

步骤303,召唤奔袭;头狼和竞选狼之外的其它狼匹展开奔袭搜索行为,向头狼奔袭;计算第i匹狼新位置的适应值,当第i匹狼搜索到的新位置优于自身的目前位置时,对其位置加以变更,否则保持不变;若第i匹狼搜索到的新位置优于头狼位置,则该第i匹狼转换为头狼并重新发起召唤奔袭;

步骤304,围攻猎物;在头狼的召唤下,其它狼匹对猎物展开围攻;计算第i匹狼新位置的适应值,当第i匹狼围攻过程中搜索到的新位置优于当前位置时,对该匹狼的位置加以变更,否则保持不变;若第i匹狼围攻搜索到的新位置优于头狼位置,则该第i匹狼转换为头狼;

步骤305,终止条件判断;若循环迭代次数达到,则终止优化过程,头狼位置参数为最优参数;否则令n=n+1,转向步骤306;

步骤306,竞争更新;随机产生R2匹狼代替狼群中R2匹适应值最差的狼,转向步骤302。

9.如权利要求8所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,gmax与Gmax的关系为 gmin与Gmin的关系为 kg与α的关系为其中,α≥1。

10.如权利要求1所述的永磁同步电机控制参数优化方法,其特征在于,检测永磁同步电机的转子位置θ、和三相电流ia、id和ic;依据三相电流ia、id和ic对永磁同步电机进行Clark变换得到在α‑β轴坐标系下的电流iα、电流iβ,依据电流iα、电流iβ和转子位置θ进行Park变换,得到在d‑q轴坐标系下的电流id、电流iq。