基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其利用优化后的鲸鱼算法(IWOA)对转速外环中的PI调节器进行参数整定。引入Logistic

【技术实现步骤摘要】
基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制策略，具体涉及一种基于混沌自适应鲸鱼优化算法的永磁同步电机速度控制方法。

技术介绍

[0002]随着近些年社会不断地进步，不论是航空航天领域、国防领域亦或是日常生活的各个领域都对电机的可靠性、控制性能提出了严格的要求。在众多交直流电机中，永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Machine,PMSM)以其结构简单可靠、体积小而功率密度大、可实现全范围调速以及动稳态性能好等突出优点脱颖而出，PMSM的研究也由此成为了一大热点。电机本体设计和电机控制算法是当前PMSM的主要研究方向，其中电机控制算法在PMSM的研究中尤为重要，因为优秀的控制算法既可以弥补硬件先天的不足，还能够为优化控制系统的静动态性能提供可能，因此为PMSM系统设计出更高控制精度、更强抗扰动能力的控制算法，对于PMSM的发展具有深远的意义。
[0003]然而由于PMSM的强耦合性、复杂的非线性特点增大了设计PMSM控制系统设计难度，在PMSM系统运作时，不可避免的出现磁场耦合、电机参数扰动、负载波动等诸多不可控的影响因素，这些影响因素将有可能直接导致PMSM系统控制性能欠佳、带载能力不够，这些偏差因素在高精度控制需求领域是目前面临的一大难题。因此通过结合国内外相对成熟的先进控制理论，优化PMSM控制算法，增强其技术先进性和应用广泛性，这对于满足日益增长的经济需求和提高我国工业制造能力具有深远的意义。传统的PI控制虽然能使系统达到稳定要求，但无法平衡超调量与快速性的矛盾，因此传统PMSM系统跟随性能不佳，鲁棒性差。想要提高永磁同步电机调速系统的跟随性能以及抗干扰能力，就需要优化速度环中使用的传统PI控制器。

技术实现思路

[0004]为了提高永磁同步电机调速系统的跟随性能以及抗干扰能力，本专利技术提供一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其利用优化后的鲸鱼算法(IWOA)对转速外环中的PI调节器进行参数整定。通过引入Logistic
‑
tent混沌映射、自适应惯性权重来优化鲸鱼算法，将待优化的PI参数作为鲸鱼最优个体空间位置，误差性能指标作为适应度函数。然后将所电机实时转速误差与转速偏差率送入IWOA模型，结合适应度函数与电机实时转速对PI控制器参数寻优，完成调速系统自调整，提高PMSM控制系统的抗干扰能力。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、在电机控制软件上搭建双PI闭环矢量控制系统并输入电机参数：所述搭建矢量控制系统包括坐标变换模块、SVPWM模块、含直流电源的逆变器模块、永磁同步电机模
块、PI控制器模块、鲸鱼优化算法模块以及检测模块等，并将将各个电机参数输入到鲸鱼优化算法模块中；所述SVPWM模块表示空间矢量脉宽调制模块；
[0008]步骤2、采集电机运行信号：通过电流传感器对永磁同步电动机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
进行采集，通过位置检测模块检测出电机的角速度ω
e
以及当前转角θ，并将其送入坐标变换模块；
[0009]步骤3、引入Logistic
‑
tent混沌映射、自适应惯性权重来优化鲸鱼算法；
[0010]步骤4、将电机实时转速误差与转速偏差率送入鲸鱼算法模型，利用鲸鱼算法对转速外环中的PI调节器进行参数整定，将待优化的PI参数作为最优个体空间位置，将误差性能指标作为适应度函数。
[0011]进一步地，所述步骤1中各个电机参数包括同步旋转坐标系下的d轴电感L
d
、q轴电感L
q
、永磁同步电机极对数p、永磁同步电机定子绕组电阻R和永磁同步电机磁链ψ
f
、永磁同步电机的转动惯量J、阻尼系数B以及设定的负载转矩T
L
和电机角速度ω
e
。
[0012]进一步地，将转速误差输入转速调节器输出为q轴参考电流，再利用经过矢量坐标变换的实测电流的q轴电流分量做差，并将电流误差送入电流调节器，输出d
‑
q轴电压分量，经过变换后送入SVPWM模块产生逆变器开关信号，实现对PMSM的转速和电流的实时控制。
[0013]进一步地，所述步骤1中，标准的WOA算法将鲸鱼捕食行为抽象为搜索、攻击和包围3种行为对目标问题进行寻优：
[0014](1)包围猎物：
[0015]D＝|C
·
X
best
(t)
‑
X(t)|
ꢀꢀ
(1)
[0016]X(t+1)＝X
best
(t)
‑
A
·
D
ꢀꢀ
(2)
[0017]式中：D为鲸鱼与猎物之间的距离；X
best
(t)为当前种群的最优位置向量；X(t)是当前种群个体的位置向量；t为当前迭代次数；A和C为调整系数，共同决定着鲸鱼包围步长，其表达式如式(3)、式(4)：
[0018]A＝2ar1‑
a
ꢀꢀ
(3)
[0019]C＝2r2ꢀꢀ
(4)
[0020]a＝2(1
‑
t/T
max
)
ꢀꢀ
(5)
[0021]式中，r1、r2分别为[0,1]随机数；T
max
为最大迭代次数；a为收敛因子，A在[
‑
a，a]波动；
[0022](2)攻击猎物：
[0023]利用数学模型模拟出座头鲸的攻击方式分为螺旋游走和收缩包围两种；
[0024]1)当鲸鱼通过收缩包围的方式形成气泡网进行捕食，具体游走模型如下：
[0025]通过改变式(3)中收敛因子a的大小，从而改变减少A的幅值波动范围，当A为[
‑
1，1]的随机值时，鲸鱼位于原始位置与当前最优位置之间的任意位置；当|A|＜1时，每条鲸鱼移动后的位置离目标猎物更近，实现对猎物的收缩包围；
[0026]2)当鲸鱼通过一种螺旋式游走的方式形成气泡网进行捕食，具体游走模型如下：
[0027]X(t+1)＝X
best
(t)+D
p
·
e
bl
·
cos(2πl)
ꢀꢀ
(6)
[0028]D
p
＝|X
best
(t)
‑
X(t)|
ꢀꢀ
(7)
[0029]式中：D
p
为鲸鱼个体与猎物之间的距离；为b控制螺旋线形状的常数；l为[
‑
1,1]的之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在电机控制软件上搭建双PI闭环矢量控制系统并输入电机参数：所述搭建矢量控制系统包括坐标变换模块、SVPWM模块、含直流电源的逆变器模块、永磁同步电机模块、PI控制器模块、鲸鱼优化算法模块以及检测模块等，并将将各个电机参数输入到鲸鱼优化算法模块中；所述SVPWM模块表示空间矢量脉宽调制模块；步骤2、采集电机运行信号：通过电流传感器对永磁同步电动机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
进行采集，通过位置检测模块检测出电机的角速度ω
e
以及当前转角θ，并将其送入坐标变换模块；步骤3、引入Logistic
‑
tent混沌映射、自适应惯性权重来优化鲸鱼算法；步骤4、将电机实时转速误差与转速偏差率送入鲸鱼算法模型，利用鲸鱼算法对转速外环中的PI调节器进行参数整定，将待优化的PI参数作为最优个体空间位置，将误差性能指标作为适应度函数。2.根据权利要求1所述的一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于：所述步骤1中各个电机参数包括同步旋转坐标系下的d轴电感L
d
、q轴电感L
q
、永磁同步电机极对数p、永磁同步电机定子绕组电阻R和永磁同步电机磁链ψ
f
、永磁同步电机的转动惯量J、阻尼系数B以及设定的负载转矩T
L
和电机角速度ω
e
。3.根据权利要求1所述的一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于：将转速误差输入转速调节器输出为q轴参考电流，再利用经过矢量坐标变换的实测电流的q轴电流分量做差，并将电流误差送入电流调节器，输出d
‑
q轴电压分量，经过变换后送入SVPWM模块产生逆变器开关信号，实现对PMSM的转速和电流的实时控制。4.根据权利要求1所述的一种基于混沌自适应优化鲸鱼算法的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤1中，标准的WOA算法将鲸鱼捕食行为抽象为搜索、攻击和包围3种行为对目标问题进行寻优：(1)包围猎物：D＝C
·
X
best
(t)
‑
X(t)(1)X(t+1)＝X
best
(t)
‑
A
·
D
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：D为鲸鱼与猎物之间的距离；X
best
(t)为当前种群的最优位置向量；X(t)是当前种群个体的位置向量；t为当前迭代次数；A和C为调整系数，共同决定着鲸鱼包围步长，其表达式如式(3)、式(4)：A＝2ar1‑
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)C＝2r2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)a＝2(1
‑
t/T
max
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，r1、r2分别为[0,1]随机数；T
max
为最大迭代次数；a为收敛因子，A在[
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈权，但其巧，王群京，钱喆，程龙，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：