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专利号: 2018114956061
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其微处理器配有程序存储器和数据存储器,程序存储器含有转速、转矩数据采集模块、模数转换模块、速度控制器、转矩分配模块、转矩滞环控制器、功率变换器和开关磁阻电机上安装的转子转速传感器和转矩传感器,各传感器的输出信号线经模数转换模块与速度控制器连接,速度控制器根据给定转速ω*和实际转速ω得到参考转矩Tref,该参考转矩Tref与测量转矩Te之差作为总的的转矩偏差△Tref接入转矩分配模块,通过转矩分配函数得到开关磁阻电机的各相转矩偏差,送入转矩滞环控制器,由各相转矩偏差得到开关磁阻电机各相的控制信号,各相控制信号作为功率变换器的输入信号,功率变换器对开关磁阻电机的三相输入电流进行控制,驱动电机转子转动;

所述速度控制器为单神经元PID速度控制器;

转速偏差e(k)=ω*(k)-ω(k)经比例、积分和微分计算得到x1(k),x2(k),xx3(k),分别为单神经元PID的三个输入,单神经元PID输出控制量u(k),用作为参考转矩Tref;

x1(k)=e(k)-e(k-1)                            (1)x2(k)=e(k)                                 (2)xx3(k)=e(k)-2e(k-1)+e(k-2)               (3)u(k)=u(k-1)+KK[w1x1(k)+w2x2(k)+w3xx3(k)]   (4)上述式中e(k),e(k-1),e(k-2)分别为当前k时刻,k的前一时刻和k-1前一时刻的转速偏差;KK是输出增益,w1,w2,w3分别表示加权系数,通过经验获得,取值1~5;u(k),u(k-1)分别是当前k时刻控制量和k前一时刻的控制量;经滞后一步算子得k-1时刻单神经元的输出控制量u(k-1),再用输出增益KK按式(4)计算当前k时刻的u(k),作为参考转矩;

其特征在于:

所述速度控制器为微分先行单神经元PID速度控制器;

所述单神经元PID速度控制器中前向通道的微分计算模块移到转速的反馈通道,构成微分先行单神经元PID速度控制器,送入本速度控制器的当前k时刻转速偏差e(k)=ω*(k)-ω(k)经比例、积分计算得到x1(k)、x2(k),而反馈的当前k时刻转速ω(k)接入微分计算模块得到x3(k),其微分计算如式(5),x3(k)=-ω(k)+2ω(k-1)-ω(k-2)                     (5)其中,ω(k),ω(k-1),ω(k-2)分别为当前k时刻,k前一时刻和k-1前一时刻的转速;

由x1(k)、x2(k)和x3(k)作为微分先行单神经元PID速度控制器的三个输入;

微分先行单神经元PID速度控制器的性能指标,如式(6)所示;

微分先行单神经元PID速度控制器的输出为:

其中归一化权值wi0(k)为

KK>0为微分先行单神经元速度控制器的输出增益,wi(k)为k时刻xi(k)的加权系数,i=

1,2,3;

微分先行单神经元PID速度控制器的输出u(k)的计算与前相似,x1(k)、x2(k)和x3(k)送入加权求和模块,按式(7)进行计算,得到微分先行单神经元PID速度控制器的输出uu(k),用作为参考转矩Tref。

2.根据权利要求1所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:通过改进的Hebb神经网络学习算法,所述归一化权值更新为:

w1(k)=w1(k-1)+η1e(k)uu(k-1)[e(k)+△e(k)]              (9)w2(k)=w2(k-1)+η2e(k)uu(k-1)[e(k)+△e(k)]               (10)w3(k)=w3(k-1)+η3e(k)uu(k-1)[e(k)+△e(k)]              (11)其中△e(k)是k时刻的偏差e(k)的变化增量,0<η1<1,0<η2<1,0<η3<1分别为比例、积分和微分先行的学习速率。

3.根据权利要求1或2所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:引入经典模糊控制模块与积分计算模块并联构成积分模糊控制模块,其输出用于求解微分先行单神经元PID速度控制器的输出增益KK,经典模糊控制模块与微分先行单神经元PID一起构成模糊—微分先行单神经元PID速度控制器;

积分模糊控制模块中的经典模糊控制模块以转速偏差e(k)和转速偏差增量△e(k)=e(k)-e(k-1)作为输入,其输出为UPD;积分计算器对转速偏差e(k)进行积分计算,其输出为x2(k);当前的UPD与x2(k)之和用于动态调整输出增益KK值。

4.根据权利要求3所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:所述积分模糊控制模块中,UPD与x2(k)之和经限幅模块后用于动态调整输出增益KK。

5.根据权利要求3所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:经典模糊控制模块的输入和输出的模糊子集均取{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},其中输入模糊子集的NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB对应e(k)和△e(k)值分别为负大,负中,负小,负零,正小,正中及正大。隶属度函数均选为三角形隶属度函数。经典模糊控制模块采用Mamdani经典模糊推理,根据输入的e(k)和△e(k)进行模糊推理和重心法计算其输出UPD;所述经典模糊控制模块的模糊推理规则遵循传统的经典模糊控制基本规则,即当转速偏差e(k)和转速偏差增量△e(k)在输入子集不同状态下,输出对应输出子集中不同的状态。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:本系统转矩分配模块的转矩分配函数为立方分配函数,如下:

其中θ、θon、θoff及θov分别为开关磁阻电机的转角、开通角、断开角和转子位置角;△Tref为电机总的转矩偏差,即参考转矩Tref与测量转矩Te的差。电机的三相z=A,B,C按次序交替切换,△Tz,ref为电机当前的z相转矩偏差,△Tz-1,ref和△Tz+1,ref分别为电机三相中z相的前、后切换的,即与z相相邻相的转矩偏差。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的改进PID控制的开关磁阻电机转矩控制系统,其特征在于:所述微处理器经其串行外设接口与显示屏连接,实时显示转速和转矩信息。