CN110417328A - 一种基于ckmtoa的srm转矩分配函数优化补偿控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略，其方法是在余弦转矩分配函数的基础上，根据优化所得的最佳转矩补偿值对转矩分配函数相转矩参考值进行补偿，在换相开始阶段，向前一相绕组参考转矩值进行补偿，对后一相绕组不做处理；在换相结束阶段，对后一相绕组的参考转矩值进行补偿，对前一相绕组不做处理，将电流变化率和铜损作为优化目标，利用CKMTOA的全局寻优能力，对最佳开通角、关断角和转矩补偿值进行优化获取，得到最优转矩补偿值，抑制换相时的转矩脉动。本发明所提出的基于CKMTOA优化补偿控制方法不但能够减小电机在换相区间所产生的转矩脉动，同时还能够减小电机电流脉动，使电流曲线更加平滑，提升电机运行效率。

Description

一种基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略
技术领域
本发明涉及一种基于混沌分子动理论优化算法(CKMTOA)的开关磁阻电机转矩分配函数优化补偿控制策略，属于开关磁阻电机转矩控制方法领域。
背景技术
为了达到减小开关磁阻电机转矩脉动的目的，当前最常用的方法为基于转矩分配函数(Torque Sharing Function，TSF)的SRM直接瞬时转矩控制策略，它是利用提前预存在系统中最优TSF来实时得到各相参考转矩值，来进行瞬时转矩控制。
在传统的基于余弦转矩分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制策略中，当电机运行在换相状态时，将会有较大的转矩脉动产生。因此就需要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有传统的基于余弦转矩分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制策略技术的不足，提出了一种基于混沌分子动理论优化算法的开关磁阻电机转矩分配函数优化补偿的方法，以减小电机在换相区间所产生的转矩脉动。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：在传统基于余弦分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制的基础上，通过利用CKMTOA对电机的开通角、关断角和转矩补偿值三个参数进行寻优获取，来实现对转矩分配函数的最优补偿。
该优化补偿方法包括以下步骤：
步骤一：选择铜损和电流变化率作为优化目标进行寻优，基于CKMTOA的多目标优化框根据系统在线获得的铜损和最大电流变化率来对开通角θon、换相重叠角θov和转矩补偿最大绝对值Th在离线状态下对其寻优。
步骤二：将第一步中得到的最优参数开通角θon、换相重叠角θov输入到SRM直接瞬时转矩控制系统中。
步骤三：将得到的转矩补偿最大绝对值Th根据补偿判断框图判断其所补偿的是前一相还是后一相，同时判断是属于正补偿还是负补偿。
基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略，开通角和换相重叠角的约束条件公式为：
对于转矩补偿最大绝对值Th，应满足：
0≤Th≤|Tref-T*|
其中Tref为参考转矩值，T*为当前相实际转矩值。
目标优化函数的计算公式：
其中ω表示权重系数值，其值取值范围满足0≤ω≤1。
本发明的技术效果在于：提出了基于混沌分子动理论优化算法(CKMTOA)的开关磁阻电机转矩分配函数实时补偿的方法，不但能够减小电机在换相区间所产生的转矩脉动，同时还能够减小电机电流脉动，使电流曲线更加平滑，进而减小电机铜损，提升电机运行效率。
附图说明
图1是本发明提供的基于余弦TSF的SRM相参考转矩与实际转矩比较示意图。
图2是本发明提供的在线补偿后实际转矩和补偿前转矩比较示意图。
图3是本发明提供的CKMTOA寻优的详细流程图。
图4是本发明提供的基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿策略系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的详细说明。
在传统的基于余弦转矩分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制策略中，当电机运行在换相状态时，将会有较大的转矩脉动产生，主要是因为：首先，在电机的换相开始时刻，由于此时电机模型中电感的变化率比较低，因此k相(后一相)绕组产生的实际转矩值较小，不能跟踪上该相的理论转矩值而造成电机总转矩值的脉动。其次，在电机的换相结束阶段前，由于此时的电机模型中电感的变化率较大，因此k-1相(前一相)绕组产生的实际转矩值较大，不能跟踪上该相的理论转矩值而造成电机总转矩值的脉动。图1所示为基于余弦TSF的SRM直接瞬时转矩控制系统相参考转矩与实际转矩比较示意图，即是转矩脉动产生的原因。
在传统基于余弦分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制的基础上，通过利用CKMTOA对电机的开通角、关断角和转矩补偿值三个参数进行寻优获取，来实现对转矩分配函数的最优补偿。将电机换相过程中分为区间Ⅰ和区间Ⅱ两个小区间，其中两个区间的分离点设置为前后两相转矩相等的时刻。经过补偿后的实际参考转矩和补偿前转矩对比如图2所示，其中实线表示补偿前的参考转矩，虚线表示在线补偿后的参考转矩。
本发明公布的一种基于混沌分子动理论优化算法(CKMTOA)的开关磁阻电机转矩分配函数优化补偿的方法，以铜损和电流的变化率作为两个优化目标来对开关磁阻电机余弦转矩分配函数进行优化，所述转矩分配函数优化的具体步骤如下：
第一步：选择铜损和电流变化率作为优化目标进行寻优
开关磁阻电机中，铜损大小将直接影响到电机输出转矩能力和运行效率，铜损的大小和相电流的值有关，改变相电流的波形值就能实现对铜损的改变。其数学计算公式为：
其中θov表示电机的换相角；θoff表示电机的关断角。
电流变化率表示电机电流曲线的平滑程度，它与电机转矩脉动值息息相关。电机电流曲线越平滑，其转矩脉动越小，同时，对电机相参考转矩值进行补偿时，也会影响到电流曲线的平滑度。电流变化率的数学计算公式为:
其中ik(θ)表示电机第k相转子在位置角度θ处的电流值；ik(θ0)表示电机第k相转子在位置角度θ0处的电流值。
第二步：将θon、θov和Th值作为混沌分子动理论优化算法的寻优参数，利用CKMTOA算法进行参数寻优
余弦转矩分配函数的数学表达式为：
根据余弦型转矩分配函数数学公式可知，转矩分配函数的数学表达式主要由开通角θon、换相重叠角θov和关断角θoff三个参数所决定，由于：
其中ε属于电机相位移角度值，m属于电机的相数值，Nr属于电机转子的极数值。
根据上式可得，开关磁阻电机转矩分配函数的模型主要由开通角θon和换相重叠角θov两个重要参数来决定。由于本发明主要针对三相12/8型开关磁阻电机，因此可得电机相位移角度ε的值为15°，电机极距值τ＝2π/Nr的大小为45°，由于电机存在约束条件θov≤τ/(2-ε)，由此可知最大重叠角θovmax为7.5°。假如电机的每相独立导通的角度大小值就是7.5°，由此计算可得到电机两相重叠角度值为0°，根据电机约束条件θon+2θov+7.5o≤22.5o计算可计算出最大开通角θonmax为15°。
得到关于开通角和换相重叠角的约束条件公式为：
对于转矩补偿最大绝对值Th，则应满足：
0≤Th≤|Tref-T*|
其中为参考转矩Tref值，T*为当前相实际转矩值。
利用CKMTOA算法进行参数寻优，CKMTOA寻优详细流程图如图3所示。
第三步：将第二步中得到的最优参数开通角θon、换相重叠角θov输入到SRM直接瞬时转矩控制系统中。
第四步：将得到的转矩补偿最大绝对值Th根据补偿判断框图判断其所补偿的是前一相还是后一相，同时判断是属于正补偿还是负补偿。
因此，可得到基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿策略系统框图如图4所示。

Claims (3)

1.一种基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略，其特征在于，该控制方法是在传统基于余弦分配函数的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制的基础上，通过利用CKMTOA对电机的开通角、关断角和转矩补偿值三个参数进行寻优获取，来实现对转矩分配函数的最优补偿。首先选择铜损和电流的变化率作为优化目标进行寻优，然后将θon、θov和Th值作为混沌分子动理论优化算法的寻优参数，来完成对开关磁阻电机转矩分配函数的优化补偿。优化后的转矩分配函数不但能够减小电机在换相区间所产生的转矩脉动，同时还能够减小电机电流脉动，使电流曲线更加平滑，进而减小电机铜损，提升电机运行效率。
2.一种基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略，其优化补偿方法的基本步骤如下：
步骤一：选择铜损和电流变化率作为优化目标进行寻优，基于CKMTOA的多目标优化框根据系统在线获得的铜损和最大电流变化率来对开通角θon、换相重叠角θov和转矩补偿最大绝对值Th在离线状态下对其寻优；
步骤二：将第一步中得到的最优参数开通角θon、换相重叠角θov输入到SRM直接瞬时转矩控制系统中；
步骤三：将得到的转矩补偿最大绝对值Th根据补偿判断框图判断其所补偿的是前一相还是后一相，同时判断是属于正补偿还是负补偿。
3.根据权利要求1所述的基于CKMTOA的SRM转矩分配函数优化补偿控制策略，开通角和换相重叠角的约束条件公式为：
对于转矩补偿最大绝对值Th，应满足：
0≤Th≤|Tref-T*|其中Tref为参考转矩值，T*为当前相实际转矩值；
目标优化函数的计算公式：
其中ω表示权重系数值，其值取值范围满足0≤ω≤1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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