一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统，该系统在经典PID控制的开关磁阻电机调速系统(SRD)中引入NSGA‑II算法，以速度脉动值最小化和转矩脉动最小化为双目标，电流积分平方差为约束条件的方法来优化经典PID控制的SRD系统。

A Torque Pulse Suppression System for Switched Reluctance Motor

The invention provides a system for suppressing the torque ripple of switched reluctance motor. The system introduces the NSGA_II algorithm into the classical PID-controlled switched reluctance motor speed regulation system (SRD), and optimizes the classical PID-controlled SRD system by taking the minimization of speed ripple and torque ripple as two objectives and the square difference of current integral as the constraint condition.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统
本专利技术涉及一种电机控制技术，特别是一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统。
技术介绍
开关磁阻电机SRM(switchedreluctancemotor)因其结构简单，运行稳定，系统可靠性高，启动转矩大等优点，成为一种极具发展潜力的新型调速电机并受到越来越多学者的关注。SRM具有特殊的双凸极结构以及采取开关式的供电方式，磁路呈强非线性和饱和性，决定了电机运转时转矩脉动严重，在换相和低速时尤为明显，因此如何降低转矩脉动成为当前SRM研究的热点。目前，用于SRM转矩脉动抑制的方案主要有两种：其一为本体结构优化设计，其二为采取先进的控制策略。在SRM本体结构优化方面，主要考虑尽量减小不对齐位置时各相绕组的最小电感；减小各相绕组之间的互感；降低各相绕组的开关频率等。在控制策略方面，主要包括传统控制策略、变结构控制、智能控制、转矩分配控制、直接转矩控制等策略。目前国内外较为成熟的开关磁阻电机调速(SRD)系统，多采用经典PID控制算法，但对转矩脉动抑制效果不佳。此外，速度的脉动虽然由来自于转矩脉动的因素而产生，但是速度脉动的抑制其实也是反向促进转矩脉动抑制的方式之一。因此，SRM转矩脉动抑制这种多目标的问题若寻求多目标及相应的控制算法更为合理，应该对转矩脉动的抑制更为有效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统，包括NSGA-II优化模块、速度控制器、电流控制器、PWM控制器、功率变换器、转子位置检测模块、电流检测模块、换相开关角控制器；NSGA-II优化模块通过NSGA-II算法以速度脉动最小化及转矩脉动最小化为总目标，以电流积分平方差为约束条件，对速度控制器与电流控制器各自的比例和积分增益，以及电机绕组开关角进行优化；速度控制器根据给定参考速度值与实际反馈速度值的差，经过比例积分调节输出相应的电流命令；电流控制器根据速度控制器输出的参考电流值与实际反馈电流值的差，经过比例积分调节，输出相应的控制信息；PWM控制器接收电流控制器的控制信息计算占空比；功率变换器接收PWM控制器的信息改变开关管的开关情况，以及电机相绕组的供电电压大小；转子位置检测模块检测转子位置并计算出实际速度值；电流检测模块检测相应相电流的大小；换相开关角控制器根据转子位置以及NSGA-II优化后的结果计算出开通、关断角的信息给功率变换器。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术通过采用NSGA-II算法以速度脉动值最小化和转矩脉动最小化为双目标，电流积分平方差为约束的方法来优化经典PID控制的SRD系统，从而抑制开关磁阻电机的转矩脉动，相比单独的PI算法下的总转矩，引入NSGA-II后转矩脉动情况得到有效抑制。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1是实施例中的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法的系统原理图。图2是实施例中的NSGA-II算法工作流程图。具体实施方式图1是实施例中的开关磁阻电机转矩脉动抑制方法的系统原理图。如图1所示，一种用于对开关磁阻电机的转矩脉动进行抑制的开关磁阻电机转矩脉动抑制系统包括NSGA-II优化模块、速度控制器、电流控制器、PWM控制器、功率变换器、转子位置检测模块、电流检测模块和换相开关角控制器。其中，NSGA-II优化模块，通过NSGA-II算法以速度脉动最小化及转矩脉动最小化为总目标，以电流积分平方差为约束条件，对速度控制器的比例增益Kps和积分增益Kis、电流控制器的比例增益Kpi和积分增益Kii，以及电机绕组开关角θon和θoff，这六个参数进行优化；速度控制器根据给定参考速度值与实际反馈速度值的差，经过比例积分调节，输出相应的电流命令；电流控制器根据PI速度控制器输出的参考电流值与实际反馈电流值的差，经过比例积分调节，输出相应的控制信息；PWM控制器接收电流控制器的控制信息，完成占空比的计算；功率变换器接收PWM控制器的控制信息，改变开关管的开关情况，以及电机相绕组的供电电压大小；转子位置检测模块检测转子位置并计算出实际速度值；电流检测模块检测相应相电流的大小；换相开关角控制器根据转子位置以及NSGA-II优化后的结果计算出开通、关断角的信息给功率变换器。NSGA-II优化模块中，速度控制器及电流控制器PI参数的给定范围分别设定为：NSGA-II优化模块中速度脉动即速度控制器的积分平方误差VISE＝∫(ωref-ω)2dt，ωref和ω分别为参考速度值和实际反馈速度值；NSGA-II优化模块中电流脉动即电流控制器的积分平方误差IISE＝∫(Iref-Ipha)2dt，Iref和Ipha分别为速度控制器输出的给定电流和反馈测得的电流；SRM总电磁转矩其中，θ为位置角度，i为相电流，L为相电感，m为相数；速度脉动最小化目标为f1＝minVISE，转矩脉动最小化目标为：f2＝minTripple，T＝Ttotal(θ,i)；约束条件为maxIISE≤ε，ε为约束值。所述速度控制器的传递函数为其中，Kps为比例增益，Tis为积分时间常数，s为时间的拉式变换，其中，积分增益为所述电流控制器传递函数为其中，Kpi为比例增益；Tii为积分时间常数，s为时间的拉式变换，其中，积分增益为所述开通角为其中，Icmd为所需相电流，n为电机速度，Lu为绕组电感，Ubus为直流公共电压。实施例本实施例中，所用的开关磁阻电机为四相8/6极，基本参数为：额定功率7.5Kw，额定转速1500r/min，直流电源供电电压350V，最大电流20A，定子相绕组内阻1.2Ω，定转子凸极中心线对齐位置电感(最大电感)50mH，不对齐位置电感(最小电感)为6mH。NSGA-II优化模块中，速度控制器及电流控制器PI参数的给定范围分别设定为：Kps∈[0,30]和Kis∈[0,1]；Kpi∈[0,30]和Kii∈[0,1]。开通角和关断角的上下限范围为θon∈[0°,7°]和θoff∈[15°,22.5°]。NSGA-II算法流程如图2所示。首先，初始化父代种群P0，给P0中的所有个体按非支配关系排序，按照排序给所有个体分配适应度，最佳适应度值设为1，进行遗传算法操作(选择、交叉、变异)生成子代种群Q0；然后合并P0和Q0为R0，给R0按非支配关系(一种偏序关系)排序，并按照个体的支配个数分级F1、F2、F3…，描述该偏序关系的哈斯图的最高点为F1，以此类推，对于每一级Fi计算每个个体拥挤度并依此排序，至此得到R0集合中所有个体的排序；然后按照顺序从R0中选择个体作为下一代的父代R1，对R1进行遗传算法操作(选择、交叉、变异)生成子代种群Q1；重复操作，直到达到种群的迭代次数或者得到最优解。本实施例算法中的主要参数为：变异概率1/6(变异数量为6)；变异系数20；种群规模100；功能评价最大数量10000。通过NSGA-II算法，以速度脉动最小化及转矩脉动最小化为总目标，以电流积分平方差为约束条件，对速度控制器与电流控制器各自的比例和积分增益Kp和Ki，以及电机绕组开关角θon和θoff，六个参数优化的结果为：Kps＝9.116，Kis＝0.888，Kpi＝29.975，Kii＝0.810，θon＝2.31°，θoff＝17.39°。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统，其特征在于，包括NSGA‑II优化模块、速度控制器、电流控制器、PWM控制器、功率变换器、转子位置检测模块、电流检测模块、换相开关角控制器；其中NSGA‑II优化模块通过NSGA‑II算法以速度脉动最小化及转矩脉动最小化为总目标，以电流积分平方差为约束条件，对速度控制器与电流控制器各自的比例和积分增益，以及电机绕组开关角进行优化；速度控制器根据给定参考速度值与实际反馈速度值的差，经过比例积分调节输出相应的电流命令；电流控制器根据速度控制器输出的参考电流值与实际反馈电流值的差，经过比例积分调节，输出相应的控制信息；PWM控制器接收电流控制器的控制信息计算占空比；功率变换器接收PWM控制器的信息改变开关管的开关情况，以及电机相绕组的供电电压大小；转子位置检测模块检测转子位置并计算出实际速度值；电流检测模块检测相应相电流的大小；换相开关角控制器根据转子位置以及NSGA‑II优化后的结果计算出开通、关断角的信息给功率变换器。

【技术特征摘要】
1.一种抑制开关磁阻电机转矩脉动的系统，其特征在于，包括NSGA-II优化模块、速度控制器、电流控制器、PWM控制器、功率变换器、转子位置检测模块、电流检测模块、换相开关角控制器；其中NSGA-II优化模块通过NSGA-II算法以速度脉动最小化及转矩脉动最小化为总目标，以电流积分平方差为约束条件，对速度控制器与电流控制器各自的比例和积分增益，以及电机绕组开关角进行优化；速度控制器根据给定参考速度值与实际反馈速度值的差，经过比例积分调节输出相应的电流命令；电流控制器根据速度控制器输出的参考电流值与实际反馈电流值的差，经过比例积分调节，输出相应的控制信息；PWM控制器接收电流控制器的控制信息计算占空比；功率变换器接收PWM控制器的信息改变开关管的开关情况，以及电机相绕组的供电电压大小；转子位置检测模块检测转子位置并计算出实际速度值；电流检测模块检测相应相电流的大小；换相开关角控制器根据转子位置以及NSGA-II优化后的结果计算出开通、关断角的信息给功率变换器。2.根据权利要求1所述的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海涛，孙瑜，董英杰，叶子杰，熊浩，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32