1.一种指向式旋转导向工具的电机控制方法,其特征在于,包括:
建立电机的数学模型;
基于所述数学模型建立电机的FOC三闭环控制仿真模型;
根据温度和钻头的尺寸数据初始化电机控制参数;
利用遗传算法对所述电机控制参数进行迭代,在每一次迭代完成后将迭代后的所述电机控制参数输入所述FOC三闭环控制仿真模型,根据所述FOC三闭环控制仿真模型的输出确定迭代后的所述电机控制参数是否符合要求,如果符合要求则输出最终的所述电机控制参数,如果不符合要求则继续迭代,直到迭代后的所述电机控制参数符合要求或迭代结束;
利用最终的所述电机控制参数对指向式旋转导向工具的电机进行控制;
其中,所述建立电机的数学模型,包括:
建立三相静止坐标系下的电机模型;
对三相静止坐标系下的电机模型进行Clark变换,得到两相静止坐标系下的电机模型;
对两相静止坐标系下的电机模型进行Park变换,得到旋转坐标系下的电机模型,即所述数学模型;
在所述FOC三闭环控制仿真模型中,电流环为最内环,速度环为中间环,位置环为最外环;在所述电流环中,三相电流ia、ib和ic依次经Clark变换和Park变换后得到q轴电流iq和d轴电流id,分别将q轴电流iq和d轴电流id与对应的设定值Iq_Ref和Id_Ref计算差值,将q轴电流误差值代入q轴电流PI控制器计算得到q轴电压uq,将d轴电流误差值代入d轴电流PI控制器计算得到d轴电压ud,然后对q轴电压uq和d轴电压ud进行反Park变换得到α轴电压uα和β轴电压uβ,对α轴电压uα和β轴电压uβ采用SVPWM算法计算得到三相电压ua、ub和uc,最后将三相电压ua、ub和uc输入到电机的数学模型上;在所述速度环中,所述速度环的输入为电机的实际速度与速度设定值Speed_Ref的差值,该差值经速度PI控制器计算后的结果作为所述电流环的输入;在所述位置环中,将电机当前位置与位置设定值Position_Ref计算差值,将该差值代入位置PI控制器,输出的结果作为所述速度设定值Speed_Ref。
2.根据权利要求1所述的一种指向式旋转导向工具的电机控制方法,其特征在于,在初始化电机控制参数时,首先确定温度和钻头的尺寸数据,然后根据所述温度和钻头的尺寸数据确定相应的电机参数,最后根据所述电机参数确定初始化的所述电机控制参数。
3.根据权利要求1所述的一种指向式旋转导向工具的电机控制方法,其特征在于,在利用遗传算法对所述电机控制参数进行迭代时,首先对初始化的所述电机控制参数进行基因编码,然后采用适应度函数对每个所述基因编码进行性能评估,根据所述基因编码的适应度值选择一部分个体作为父代,对父代进行交叉操作,生成新的个体,然后对生成的新个体进行突变操作,采用适应度函数评估新生成个体的性能,将新生成个体替换掉当前种群中一部分适应度较低的个体,完成一次迭代。
4.根据权利要求1所述的一种指向式旋转导向工具的电机控制方法,其特征在于,在将迭代后的所述电机控制参数输入所述FOC三闭环控制仿真模型之前,还建立目标函数,所述目标函数包含系统误差、PI控制器输出、上升时间以及各自对应的权重,在将迭代后的所述电机控制参数输入所述FOC三闭环控制仿真模型之后,将所述FOC三闭环控制仿真模型输出的所述系统误差、PI控制器输出和上升时间输入所述目标函数,得到相应的函数值,根据所述函数值确定迭代后的所述电机控制参数是否符合要求。
5.根据权利要求4所述的一种指向式旋转导向工具的电机控制方法,其特征在于,在建立所述目标函数时,首先对所述系统误差、PI控制器输出和上升时间进行标准化处理,得到标准化数据,然后根据所述标准化数据计算相应的信息熵,最后根据所述信息熵确定所述系统误差、PI控制器输出和上升时间相应的权重。