开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法与系统，利用能体现SRM线性模型误差的转矩偏差及其变化率作为模糊推理输入信息，设计模糊推理规则，构建模糊补偿器，实现对线性电感模型的非线性前馈补偿；引入强化学习，设计回报函数，与模糊补偿器相配合，进一步实现电感模型的非线性自适应优化补偿，达到间接描述电感的强非线性特性的目的。本发明专利技术能够有效地改善控制系统动态品质，抑制了SRM转矩脉动。本发明专利技术系统可构成嵌入式系统，避免非线性特性直接建模，运算量小，方便开关磁阻电机的在线控制。

Nonlinear compensation and control method and system of inductance model of SRM

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法与系统
本专利技术涉及开关磁阻电机
，具体涉及一种开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法与系统。
技术介绍
开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、坚固、无永磁材料、制造成本低、系统可靠性高及调速范围广等特点，成为新能源汽车、航天航空等领域驱动装置的首选。然而，由于SRM固有的双凸极结构、开关式供电方式以及磁路高度饱和等特性，使得SRM在中低速运行过程中产生较大转矩脉动，严重制约了SRM的发展与应用。因此，开展SRM转矩脉动抑制策略的研究，具有重要理论与工程价值。转矩分配控制作为一种常用的SRM控制方法，通过定义转矩分配函数(TorqueSharingFunction，TSF)，将参考转矩分配到SRM各相，保证各相转矩之和恒定，利用转矩-电流逆模型得到各相参考电流，通过电流滞环，实现相电流的跟踪，进而实现电机的恒转矩控制。有文献忽略SRM磁饱和及边缘效应，利用线性电感模型，通过转矩-电流逆模型实现相电流的求解，此方法计算简洁，但未考虑SRM强非线性电感特性，不利于转矩脉动的有效抑制。有文献利用多项式拟合法，构建SRM非线性电感模型，将电感模型进行分段处理，每段通过最小二乘法对实验测得的电感-位置数据进行拟合，但得到的模型是非线性电感特性的近似模型。有文献通过堵转实验获取SRM电感特性曲线，通过傅里叶级数构建非线性电感模型。有文献利用神经网络对非线性电感进行建模，通过实验采样获取电感特性数据，利用采样数据对神经网络进行训练，获得SRM非线性电感模型。以上文献，都是通过对电感特性进行非线性建模，实现电机的控制，而准确的电感模型是实现电机恒转矩控制的基础，但高精度的SRM电感建模，是以全面反映SRM强非线性电感特性的实验数据为前提，而电感的实验数据直接采集难度大，电感的高精度建模不易实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是目前难以建立高精度电感模型，从而影响电机转矩控制中所带了转矩脉动的问题，提供一种开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法与系统。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现：开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法，包括基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制过程；其特征是，还进一步包括对基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制，进行非线性补偿的过程，即：步骤1、建立电感模型非线性自适应补偿的开关磁阻电机闭环控制中表示转矩与电流转换关系的转矩-电流逆模型为：步骤2、将开关磁阻电机的转矩偏差及其变化率作为模糊补偿器的输入；在模糊补偿器中，先将转矩偏差及其变化率分别进行模糊化和模糊推理后得到模糊集合，再采用重心法对模糊集合进行模糊判决后，得到第k时刻模糊推理补偿值ur(k)；将第k时刻模糊推理补偿值ur(k)作为模糊补偿器的输出，实现非线性前馈补偿；步骤3、根据开关磁阻电机的转矩脉动特性，设计回报函数g(k)和惩罚函数p(k)，并利用惩罚函数p(k)对第k时刻模糊推理补偿值ur(k)进行调节，即：若回报函数g(k)≥0，符合期望，则强化学习补偿值pp(k)＝0；若回报函数g(k)＜0，不符合期望，则强化学习补偿值pp(k)＝p(k)；上述回报函数g(k)为：g(k)＝(e(k-1)-e(k))e(k)上述惩罚函数p(k)为：p(k)＝(m-10|e(k)|)ur(k)步骤4、利用步骤2所得到的第k时刻模糊推理补偿值ur(k)和步骤3所得到的第k时刻强化学习补偿值pp(k)同时对步骤1的转矩-电流逆模型中的电感模型系数λ进行非线性自适应补偿；其中，为当前时刻即第k时刻开关磁阻电机的第kk相参考电流；为当前时刻即第k时刻开关磁阻电机的第kk相参考转矩；kk分别代表开关磁阻电机的A、B及C三相；λ为电感模型系数；ur(k)为当前时刻即第k时刻模糊推理补偿值，pp(k)为当前时刻即第k时刻强化学习补偿值；e(k)为当前时刻即第k时刻开关磁阻电机的转矩偏差，e(k-1)为当前的前一时刻即第k-1时刻开关磁阻电机的转矩偏差，m为设定的常数。上述方案中，所述电感模型系数λ为：其中，L为开关磁阻电机的绕组电感，θ为开关磁阻电机的转子位置角。上述方案中，所述第k时刻开关磁阻电机的转矩偏差e(k)为：e(k)＝Tref-Te(k)其中，Tref为给定的参考转矩，Te(k)为第k时刻开关磁阻电机的转矩。上述方案中，第k时刻模糊推理补偿值ur(k)为：其中，ku为比例系数；yi(k)为第k时刻离散论域的点，μ(yi(k))为第k时刻离散论域的点的隶属度函数值，n为单点集数目。上述方案中，隶属度函数为钟型函数。上述方案中，m的取值范围为2～7。实现权利要求1所述方法的开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制系统，包括比例积分调节模块、转矩分配模块、转矩-电流逆模型、开关磁阻电机非线性系统；其特征是，还进一步包括非线性补偿系统；其中非线性补偿系统由模糊补偿模块和强化学习补偿模块组成；比例积分调节模块，对开关磁阻电机的转矩偏差进行比例积分后输出转矩控制量到转矩分配模块；转矩分配模块，根据开关磁阻电机的转子位置角将转矩控制量分配成开关磁阻电机的各相参考转矩；模糊补偿模块，对转矩偏差及其变化率分别进行模糊化和模糊推理后得到模糊集合，再采用重心法对模糊集合进行模糊判决后得到模糊推理补偿值；强化学习补偿模块，根据开关磁阻电机的转矩脉动特性，设计回报函数和惩罚函数，并利用惩罚函数对模糊推理补偿值进行调节，进而得到强化学习补偿值；转矩-电流逆模型，利用模糊推理补偿值和强化学习补偿值同时对其线性系数进行非线性自适应补偿后，将开关磁阻电机的各相参考转矩转换为各相参考电流，并送至开关磁阻电机非线性系统；开关磁阻电机非线性系统，对开关磁阻电机的各相参考电流进行跟踪，以实现开关磁阻电机的转矩控制，有效减小转矩脉动。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：1、本专利技术基于线性电感模型的闭环控制系统，利用能体现SRM线性模型误差的转矩偏差及其变化率作为模糊推理输入信息，设计模糊推理规则，构建模糊补偿器，实现对线性电感模型的非线性补偿，通过前馈补偿方式实现，即实质上，是通过非线性前馈补偿实现；引入强化学习，设计回报函数，与模糊补偿器相配合，进一步实现电感模型的非线性自适应优化补偿，间接描述电感的强非线性特性。2、与直接对电感非线性特性建模的方法不同，本专利技术针对SRM强非线性电感特性，采用了一种非线性前馈补偿的方法，通过前馈补偿方法，实现电感非线性特性的间接补偿，避免了对强非线性电感特性的复杂直接建模。模糊补偿与强化学习补偿相结合，对基于线性电感模型的闭环控制系统中转矩-电流逆模型进行在线补偿，有效地控制SRM运行，抑制了转矩脉动。3、本专利技术的控制方法能够有效地改善控制系统动态品质，抑制了SRM转矩脉动。本专利技术系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法，包括基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制过程；其特征是，还进一步包括对基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制，进行非线性补偿的过程，即：/n步骤1、建立电感模型非线性自适应补偿的开关磁阻电机闭环控制中表示转矩与电流转换关系的转矩-电流逆模型为：/n

【技术特征摘要】
1.开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法，包括基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制过程；其特征是，还进一步包括对基于线性电感模型的开关磁阻电机闭环控制，进行非线性补偿的过程，即：
步骤1、建立电感模型非线性自适应补偿的开关磁阻电机闭环控制中表示转矩与电流转换关系的转矩-电流逆模型为：



步骤2、将开关磁阻电机的转矩偏差及其变化率作为模糊补偿器的输入；在模糊补偿器中，先将转矩偏差及其变化率分别进行模糊化和模糊推理后得到模糊集合，再采用重心法对模糊集合进行模糊判决后，得到第k时刻模糊推理补偿值ur(k)；将第k时刻模糊推理补偿值ur(k)作为模糊补偿器的输出，实现非线性前馈补偿；
步骤3、根据开关磁阻电机的转矩脉动特性，设计回报函数g(k)和惩罚函数p(k)，并利用惩罚函数p(k)对第k时刻模糊推理补偿值ur(k)进行调节，即：若回报函数g(k)≥0，符合期望，则强化学习补偿值pp(k)＝0；若回报函数g(k)＜0，不符合期望，则强化学习补偿值pp(k)＝p(k)；
上述回报函数g(k)为：
g(k)＝(e(k-1)-e(k))e(k)
上述惩罚函数p(k)为：
p(k)＝(m-10|e(k)|)ur(k)
步骤4、利用步骤2所得到的第k时刻模糊推理补偿值ur(k)和步骤3所得到的第k时刻强化学习补偿值pp(k)同时对步骤1的转矩-电流逆模型中的电感模型系数λ进行非线性自适应补偿；
其中，为第k时刻开关磁阻电机的第kk相参考电流；为第k时刻开关磁阻电机的第kk相参考转矩；kk分别代表开关磁阻电机的A、B及C三相；λ为电感模型系数；ur(k)为第k时刻模糊推理补偿值，pp(k)为第k时刻强化学习补偿值；e(k)为第k时刻开关磁阻电机的转矩偏差，e(k-1)为第k-1时刻开关磁阻电机的转矩偏差，m为设定的常数。


2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的电感模型非线性补偿与控制方法，其特征是，所述电感模型系数λ为：



其中，L为开关磁阻电机的绕组电感，θ为开关磁阻电机的转子位置角。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：党选举，经本钦，施亚洲，黄佳，李晓，张向文，伍锡如，姜辉，刘帆，张超，潘登，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45