一种降低开关磁阻电动机转矩脉动的方法
【专利摘要】一种降低开关磁阻电机转矩脉动的方法，根据双闭环开关磁阻电机控制系统现有技术，采用NSGA-II技术对PI速度控制器、PI电流控制器、换相开关角控制器进行参数优化整定；NSGA-II的引入，针对转矩脉动与速度脉动最小化双目标，产生PI速度控制器与PI电流控制器各自的比例和积分增益优化值，以及开通角和关断角的优化值；速度脉动的最小化是通过速度的ISE值的最小化为目标，电流也通过ISE值表征；此多目标问题，针对电机速度ISE最小化与转矩脉动的最小化为双目标进行优化组合，处于控制系统内环的电流的ISE作为约束条件，取得了较好的效果。
【专利说明】一种降低开关磁阻电动机转矩脉动的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及开关磁阻电机控制领域，具体涉及一种降低开关磁阻电机转矩脉动的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 开关磁阻电动机的转矩脉动，产生速度脉动、噪音、振动大三大缺点，一直是阻碍 开关磁阻电动机调速控制系统用于高性能电气传动领域的瓶颈。多年来，国内外就SRM转 矩脉动抑制方法的研究很多，也有一些较为实用，为降低转矩脉动起到了很好的作用。
[0003] 虽然智能控制等现代控制策略也多有在开关磁阻电机控制系统中应用，但目前国 内外较为成熟的系统，还是多采用经典PID控制算法，多为PI算法，以其对系统中速度、电 流双闭环进行参数整定，但对转矩脉动抑制效果不佳。
[0004] 基于现有的成熟技术，针对降低电机转矩脉动，通过对PI参数进行优化整定进而 增进转矩脉动的抑制水平，这方面的优化方法也有一些实践，取得了一定的效果；考虑到开 关磁阻电机运行时，其开通和关断的角度值也对转矩脉动量产生影响，固定角度的开关角 也不利于电机效率指标、或者大范围工况运行的实际需求；还有，速度的脉动虽然有来自于 转矩脉动的因素而产生，但作为目标之一，速度脉动的抑制方法很少，其实这也是反向促进 转矩脉动抑制的方式之一。所以，开关磁阻电机转矩脉动抑制控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。
[0005]非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm，简称： NSGA-II)是一种已经成功用于一些多目标工程优化问题领域的算法。它的主要优势在于其 非支配排序、精英策略等性质可以快速收敛出高质量的解决方案。
【发明内容】
[0006] 根据以上提出的问题及背景，本发明提出了一种多目标降低开关磁阻电机转矩脉 动的控制方法，利用NSGA-II进行PI参数整定优化、以及电机开通角和关断角的选择优化， 以速度脉动值即其积分平方误差（Integral Squared Error,简称：ISE)最小化、及转矩脉 动最小化为双目标，电流ISE为约束。其技术方案为：
[0007] 根据双闭环开关磁阻电机控制系统现有技术，采用NSGA-II技术对PI速度控制 器、PI电流控制器、换相开关角控制器进行参数优化整定，速度脉动最小化和转矩脉动最小 化作为优化控制的双目标。
[0008] 速度脉动的最小化是通过速度的ISE的最小化为目标，电流的ISE也是表征电流 脉动情况的一个概念。如下两式分别是计算PI速度控制器与PI电流控制器的ISE :
【权利要求】
1. 一种降低开关磁阻电机转矩脉动的方法，根据双闭环开关磁阻电机控制系统现有技 术，采用NSGA-II技术对PI速度控制器、PI电流控制器、换相开关角控制器进行参数优化 整定，速度脉动最小化和转矩脉动最小化作为优化控制的双目标。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是；所述速度脉动的最小化是通过速度的ISE 的最小化为目标，电流的ISE也是表征电流脉动情况的一个概念。如下两式分别是计算PI 速度控制器与PI电流控制器的ISE值： ISEspeed= / (?ref-?)2dt ISEcwrent二(Iref-Ipha)2dt 。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征是；所述优化参数包括；PI速度控制器PI增益 参数、PI电流控制器PI增益参数、换相开关角控制器的开通角0。。与关断角该些参 数的优化组合选择问题，属于一个多目标问题，针对电机速度ISE最小化与转矩脉动的最 小化为目标进行优化组合，处于控制系统内环的电流的ISE作为约束条件。
4. 根据权利要求1、3所述的方法，其特征是；所述PI速度控制器、PI电流控制器的PI 增益参数需要限定范围，换相开关角控制器的开通角和关断角分别限定上下限值；经过数 十次独立实验，借助MTLAB / SIMULINK分析工具，利用NSGA-n算法得到速度脉动最小 化、转矩脉动最小化、电流ISE值时的各个参数优化值。
5. 根据权利要求1、4所述的方法，其特征是；所述NSGA-II参数的选取需要经过学习 试验基础上进行调整，除经历数十次试验外，还包括：变异系数、种群规模、功能评价最大数 量等的选取。
【文档编号】H02P21/05GK104467596SQ201310421602
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】孙冠群 申请人:中国计量学院