一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统及方法，采用单神经元控制策略与PID控制策略结合的单神经元PID交叉耦合同步控制策略，采用单神经元PID控制替代传统的比例控制，以此提高双开关磁阻电机的同步性能。该控制策略是将两台开关磁阻电机的转速差通过交叉耦合控制输入到单神经元PID控制模块，通过单神经元PID控制模块输出误差补偿参数反馈到每台开关磁阻电机的转速外环环节，以此减少两台电机的转速误差，完成转速同步。完成转速同步。完成转速同步。

【技术实现步骤摘要】
一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统及方法


[0001]本专利技术属于开关磁阻电机驱动
，特别是一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统及方法。

技术介绍

[0002]采用传统交叉耦合同步控制的双开关磁阻电机同步控制系统，通过耦合系统将两台电机进行交叉耦合，耦合系统的输入为两台电机输出的转速差值，通过同一比例值将差值反馈到控制器输入环节中，对两台电机会进行调整，以实现转速同步。但是该控制策略采用的是参数固定的比例关系，无法实现参数的自整定，而且对非线性时变系统以及滞后性较大的系统而言，其控制效果并不理想。

技术实现思路

[0003]本发名所要解决的技术问题是提供一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统及方法，将常规 PID 控制与单神经元有效结合，则不仅可以解决常规 PID 控制器参数整定困难等不足，对PID系数进行实时整定
[12]，而且还可使得控制器具有自学习和自适应能力。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于，包括：电源、直流母线电容、功率变换器一、功率变换器二、开关磁阻电机一、开关磁阻电机二、转速同步负载、控制模块、PWM发生器；所述转速同步负载包括负载一和负载二，负载一和负载二角速度完全同步；所述电源向整个开关磁阻电机驱动系统及电控系统供电；所述直流母线电容用于将直流电压中的谐波分量滤除并储能；所述功率变换器一同电源及开关磁阻电机一电气连接，用于驱动开关磁阻电机一的运行；所述功率变换器二同电源及开关磁阻电机二电气连接，用于驱动开关磁阻电机二（6）的运行；所述开关磁阻电机一同负载一机械连接，开关磁阻电机二同负载二机械连接，开关磁阻电机一和开关磁阻电机二驱动负载一和负载二工作在角速度完全同步状态；所述控制模块采集母线电压、负载电流、开关磁阻电机编码信号，并控制PWM发生器生成驱动信号驱动功率变换器，进而控制开关磁阻电机运行；所述PWM发生器产生两路控制信号PWM1和PWM2，PWM1用于驱动功率变换器一，PWM2用于驱动功率变换器二。
[0005]所述控制模块包括：同步控制模块、开关磁阻电机一控制模块、开关磁阻电机二控制模块及瞬时转矩运算模块；同步控制模块是将两台开关磁阻电机的转速差通过交叉耦合控制输入到单神经
元PID控制模块，通过单神经元PID控制模块输出误差补偿参数反馈到每台开关磁阻电机的转速外环环节，以此减少两台电机的转速误差，完成转速同步；开关磁阻电机一控制模块是将系统设定的转速参考值ω*与同步控制器输出的误差补偿参数相减，得到补偿后的参考值，补偿后的转速参考值与反馈转速值作差后，经直接瞬时转矩控制器运算后得到转矩参考值，转矩参考值与转矩反馈值T
L1
作差后，得到控制指令信号，用于控制开关磁阻电机一；开关磁阻电机一控制模块是将系统设定的转速参考值ω*与同步控制器输出的误差补偿参数相减，得到补偿后的参考值，补偿后的转速参考值与反馈转速值作差后，经直接瞬时转矩控制器运算后得到转矩参考值，转矩参考值与转矩反馈值T
L2
作差后，得到控制指令信号，用于控制开关磁阻电机二；瞬时转矩运算模块将开关磁阻电机绕组反馈电流i
a
、i
b
、i
c
运算成开关磁阻电机的转矩反馈值T
L
。
[0006]所述双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统，其控制方法包括以下步骤：采集开关磁阻电机一、开关磁阻电机二的转速ω1和ω2；对ω
1 、ω2作差，并将差值ω1‑ꢀ
ω2送入单神经元交耦合器中，算出误差补偿参数
△
ω；将系统设定的转速参考值ω*与单神经元交耦合器输出的误差补偿参数
△
ω相减，得到补偿后的参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω，并将参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω送入开关磁阻电机一控制模块中；将系统设定的转速参考值ω*与单神经元交耦合器输出的误差补偿参数
△
ω相加，得到补偿后的参考值ω* +
△
ω，并将参考值ω* +
ꢀ△
ω送入开关磁阻电机二控制模块中；将补偿后的参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω与转速ω1相减，并将相减后的差值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω
‑ꢀ
ω1送入直接瞬时转矩控制器中，瞬时转矩控制器算出转矩参考值T
L1
*；将补偿后的参考值ω* +
ꢀ△
ω与转速ω2相减，并将相减后的差值ω* +
ꢀ△
ω
–
ω2送入直接瞬时转矩控制器中，瞬时转矩控制器算出转矩参考值T
L2
*；采信开关磁阻电机一的绕组反馈电流i
a1
、i
b1
、i
c1
，并通过瞬时转矩运算模块算出瞬时转矩反馈值T
L1
；采信开关磁阻电机二的绕组反馈电流i
a2
、i
b2
、i
c2
，并通过瞬时转矩运算模块算出瞬时转矩反馈值T
L2
；对T
L1
*、T
L1
作差，得到最终控制指令信号T
L1
*
ꢀ‑ꢀ
T
L1
，然后根据指令信号生成PWM1驱动信号，驱动开关磁阻电机一运行；对T
L2
*、T
L2
作差，得到最终控制指令信号T
L2
*
ꢀ‑ꢀ
T
L2
，然后根据指令信号生成PWM2驱动信号，驱动开关磁阻电机二运行。
[0007]所述单神经元交耦合器的采用有监督Hebb规则，该学习规则中神经元u
j
到神经元u
i
的权重变化
△
w
ij
可表达为：式中，s
i
(t)为神经元u
i
的教师信号；G为教师信号s
i
(t)与神经元u
i
的活性度a
i
(t)的函数；H为神经元u
j
的输出y
i
(t)与联接权重w
ij
的函数；
对于双开关磁阻电机的同步控制而言，已知同步误差作为同步控制系统的外部输入，为保证实施同步运行效果，须使神经网络算法输出的精确目标值与给定转速相对应，即将双开关磁阻电机同步控制模型的转速误差反馈信号输出y(k)作为网络输出的“精确”目标值，与输入的目标r(k)相对应；令权重系数w
i
(k)为：(k)为：其中：即z(k)为教师信号；根据上式得到：对函数f
i
(w
i
(k),z(k),u(k),x
i
(k))求w
i
(k)偏微分得：所以：综上所述，本专利技术的同步控制策略的数学模型为：综上所述，本专利技术的同步控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于，包括：电源（1）、直流母线电容（2）、功率变换器一（3）、功率变换器二（4）、开关磁阻电机一（5）、开关磁阻电机二（6）、转速同步负载（9）、控制模块（10）、PWM发生器（11）；所述转速同步负载（9）包括负载一（7）和负载二（8），负载一（7）和负载二（8）角速度完全同步；所述电源（1）向整个开关磁阻电机驱动系统及电控系统供电；所述直流母线电容（2）用于将直流电压中的谐波分量滤除并储能；所述功率变换器一（3）同电源（1）及开关磁阻电机一（5）电气连接，用于驱动开关磁阻电机一（5）的运行；所述功率变换器二（4）同电源（1）及开关磁阻电机二（6）电气连接，用于驱动开关磁阻电机二（6）的运行；所述开关磁阻电机一（5）同负载一（7）机械连接，开关磁阻电机二（6）同负载二（8）机械连接，开关磁阻电机一（5）和开关磁阻电机二（6）驱动负载一（7）和负载二（8）工作在角速度完全同步状态；所述控制模块（10）采集母线电压、负载电流、开关磁阻电机编码信号，并控制PWM发生器（11）生成驱动信号驱动功率变换器，进而控制开关磁阻电机运行；所述PWM发生器（11）产生两路控制信号PWM1和PWM2，PWM1用于驱动功率变换器一（3），PWM2用于驱动功率变换器二（4）。2.根据权利要求1所述的双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于，所述控制模块（10）包括：同步控制模块（12）、开关磁阻电机一控制模块（13）、开关磁阻电机二控制模块（14）及瞬时转矩运算模块（15）；同步控制模块（12）是将两台开关磁阻电机的转速差通过交叉耦合控制输入到单神经元PID控制模块，通过单神经元PID控制模块输出误差补偿参数反馈到每台开关磁阻电机的转速外环环节，以此减少两台电机的转速误差，完成转速同步；开关磁阻电机一控制模块（13）是将系统设定的转速参考值ω*与同步控制器输出的误差补偿参数相减，得到补偿后的参考值，补偿后的转速参考值与反馈转速值作差后，经直接瞬时转矩控制器运算后得到转矩参考值，转矩参考值与转矩反馈值T
L1
作差后，得到控制指令信号，用于控制开关磁阻电机一；开关磁阻电机一控制模块（14）是将系统设定的转速参考值ω*与同步控制器输出的误差补偿参数相减，得到补偿后的参考值，补偿后的转速参考值与反馈转速值作差后，经直接瞬时转矩控制器运算后得到转矩参考值，转矩参考值与转矩反馈值T
L2
作差后，得到控制指令信号，用于控制开关磁阻电机二；瞬时转矩运算模块（15）将开关磁阻电机绕组反馈电流i
a
、i
b
、i
c
运算成开关磁阻电机的转矩反馈值T
L
。3.一种基于权利要求1所述的双开关磁阻电机交叉耦合同步控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集开关磁阻电机一（5）、开关磁阻电机二（6）的转速ω1和ω2；对ω
1 、ω2作差，并将差值ω1‑ꢀ
ω2送入单神经元交耦合器中，算出误差补偿参数
△
ω；将系统设定的转速参考值ω*与单神经元交耦合器输出的误差补偿参数
△
ω相减，得
到补偿后的参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω，并将参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω送入开关磁阻电机一控制模块（13）中；将系统设定的转速参考值ω*与单神经元交耦合器输出的误差补偿参数
△
ω相加，得到补偿后的参考值ω* +
△
ω，并将参考值ω* +
ꢀ△
ω送入开关磁阻电机二控制模块（14）中；将补偿后的参考值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω与转速ω1相减，并将相减后的差值ω*
ꢀ‑ꢀ△
ω
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红伟，房蕾，罗强，刘毅，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：