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专利号: 202010918643X
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,包括:滑模速度控制器、负载转矩观测器、q轴电流控制器、d轴电流控制器、Clarke变换模块、位置与速度检测模块、Park变换模块、Park逆变换模块、SVPWM模块和三相逆变器;

滑模速度控制器采用积分滑模控制方式,其状态变量为

其中,ω是转子角速度,ω*是给定转子角速度;

滑模速度控制器的滑模面为sy=cyy1+y2,cy为滑模面参数,且cy>0;

滑模速度控制器输出的负载转矩给定值 和q轴转矩电流给定值 为其中,J是转动惯量,p是电机极对数,ψf是永磁体磁链,B是摩擦系数;系数μ1、系数μ2和系数μ3为速度滑模控制的指数趋近率系数,且μ1>0,μ2>0,μ3>0;

负载转矩观测器依据转子角速度ω和电流iq对负载转矩进行观测,得到负载转矩观测值 负载转矩观测器为其中, 是转子角速度估计值,g是负载转矩观测器的反馈增益且g<0;

kg是负载转矩观测器的滑模增益且kg≤-|e2/J|, 为

负载转矩观测误差,TL为负载转矩;

负载转矩观测器输出的负载转矩观测值 被送至滑模速度控制器;负载转矩观测器根据滑模速度控制器输出的负载转矩给定值 的变化对反馈增益g进行调整,方法是:步骤S1、负载转矩观测器依据现有的反馈增益g值对负载转矩进行观测,得到负载转矩观测值;

步骤S2、滑模速度控制器进行控制运算,输出负载转矩给定值

步骤S3、计算

步骤S4、判断 是否大于转矩变化比较阈值ε;当 大于转矩变化比较阈值ε时,取反馈增益g等于gmin;当 小于等于转矩变化比较阈值ε时,取反馈增益g等于gmax;

其中,ε>0;gmax为反馈增益高值,gmin为反馈增益低值,且gmin<gmax<0;

滑模速度控制器和负载转矩观测器的参数统一采用狼群算法进行优化整定。

2.如权利要求1所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,滑模速度控制器和负载转矩观测器的参数统一采用狼群算法进行优化整定的方法是:步骤301,初始化狼群;狼群中各匹狼的初始位置为 其中M为

狼群狼匹数量;待优化的参数向量为θz1=[cy,μ1,μ2,μ3,Gmax,Gmin,ε,α];

步骤302,游猎竞争;计算狼群中各匹狼的适应值,选择位置最优的R1匹狼为竞选狼;R1匹竞选狼展开游猎搜索行为,各竞选狼根据适应值大小竞争头狼;

步骤303,召唤奔袭;竞选狼之外的其它狼匹展开奔袭搜索行为,向头狼奔袭;计算第i匹狼新位置的适应值,当第i匹狼搜索到的新位置优于自身的目前位置时,对其位置加以变更,否则保持不变;若第i匹狼搜索到的新位置优于头狼位置,则该第i匹狼转换为头狼并重新发起召唤奔袭;

步骤304,围攻猎物;在头狼的召唤下,其它狼匹对猎物展开围攻;计算第i匹狼新位置的适应值,当第i匹狼围攻过程中搜索到的新位置优于当前位置时,对该匹狼的位置加以变更,否则保持不变;若第i匹狼围攻搜索到的新位置优于头狼位置,则该第i匹狼转换为头狼;

步骤305,终止条件判断;若循环迭代次数达到,则终止优化过程,头狼位置参数为最优参数;否则令n=n+1,转向步骤306;

步骤306,竞争更新;随机产生R2匹狼代替狼群中R2匹适应值最差的狼,转向步骤302。

3.如权利要求2所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,gmax与Gmax的关系为 gmin与Gmin的关系为 kg与α的关系为

4.如权利要求3所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,狼群中各匹狼的适应值为Q3,按照式Q3=ωz+γzτ

进行计算,其中,ωz为转子角速度跟踪抖差,τ为跟踪延迟时间,γz为适应度平衡调整系数。

5.如权利要求4所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,游猎竞争的具体步骤是:步骤3021,每一匹竞选狼随机选择h1个方向,根据式

沿着每个方向搜索参数前进一步后再退回;计算前进后的适应值,选出所有方向上的最小适应值,若该最小适应值小于该匹竞选狼原位置的适应值,则将该匹竞选狼原位置替换为该最小适应值所处位置;其中,i=1,2,…,R1;j=1,2,…,8;rand(-1,1)是均匀分布在[-1 1]内的随机数;l=1,2,…,h1;stepa是游猎步长;zi是第i匹竞选狼的位置;

步骤3022,每一匹竞选狼重复h2次步骤3021;

步骤3023,所有R1匹竞选狼完成步骤3022后,选择位置最优的竞选狼为头狼。

6.如权利要求5所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,狼匹展开奔袭搜索行为按照式z′ij=zij+rand(-1,1)·stepb·(zbj-zij)进行;其中,i=1,2,…,M-R1;j=1,2,…,8;z′i表示第i匹狼搜索更新的位置;zi表示第i匹狼的当前位置;zb表示当前的头狼位置;stepb是奔袭步长。

7.如权利要求6所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,狼匹对猎物展开围攻按照式进行;其中,i=1,2,…,M-1;j=1,2,...,8;z′i表示第i匹狼搜索更新的位置; 表示第i匹狼的当前位置;zb表示当前的头狼位置;δ为预先设立的阈值,0<δ<1;stepc是围攻步长。

8.如权利要求7所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,围攻步长stepc按照式进行计算;其中,n为当前的迭代次数,nmax为设定的最大迭代次数;stepcmax、stepcmin分别为设定的最大围攻步长、最小围攻步长;zjmax和zjmin分别为第j维参数取值区间的最大值和最小值。

9.如权利要求4所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,给定转子角速度ω*为正弦波信号;转子角速度跟踪抖差ωz为转子角速度ω的抖振幅度,跟踪延迟时间τ为转子角速度ω与给定转子角速度ω*之间的延迟时间。

10.如权利要求1所述的风机电动变桨距电机驱动控制系统,其特征在于,检测永磁同步电机的转子位置θ、和三相电流ia、ib和ic;依据三相电流ia、ib和ic对永磁同步电机进行Clark变换得到在α-β轴坐标系下的电流iα、电流iβ,依据电流iα、电流iβ和转子位置θ进行Park变换,得到在d-q轴坐标系下的电流id、电流iq。