1.一种适于动态负荷下的开关磁阻电机高性能调速控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,根据开关磁阻电机的给定转速,以及实时检测的实际转速,计算转速偏差;
S2,采用超螺旋控制算法处理开关磁阻电机的转速偏差,得到开关磁阻电机的参考转矩;具体步骤如下:S21,构建超螺旋控制算法的滑模面函数;
根据超螺旋控制算法滑膜面特征,构建其滑模面函数为:(2);
式中 为开关磁阻电机的转速偏差, 为转速偏差的一阶导数,c为滑模面系数,且满足c>0;其中转速偏差的一阶导数 根据开关磁阻电机的机械运动方程可得:(3);
式中Tref和Te分别为开关磁阻电机的参考转矩和电磁转矩,J和B分别为开关磁阻电机的转动惯量和摩擦系数;
由式(2)及(3)得滑到模面函数的具体表达式为:(4);
S22,构建螺旋控制算法的趋近率:根据超螺旋算法趋近率特征,构建其趋近率为:(5);
式中α为幂次项趋近率增益,β为积分项趋近率, 为双曲正切函数,s为所构建的螺旋控制算法滑模面函数,δ为双曲正切函数曲率增益,且δ>0;其中α、β的取值需满足如下约束条件:(6);
S23,根据所构建的滑模面函数和趋近率,得到开关磁阻电机的参考转矩;根据式(4)得:(7);
根据滑膜函数可达性条件,令 ,即: (8);
根据式(8),得开关磁阻电机的参考转矩Tref为:(9);
S3,根据开关磁阻电机的参考转矩,以及实时检测的实际转矩,计算转矩偏差;
S4,采用直接转矩控制算法处理转矩偏差,得到开关磁阻电机对应功率变换电路中功率开关的控制信号;
S5,根据步骤S4所得的控制信号控制开关磁阻电机对应功率变换电路中的功率开关。
2.根据权利要求1所述的一种适于动态负荷下的开关磁阻电机高性能调速控制方法,其特征在于:所述步骤S1中转速偏差的计算公式为: (1);
式中 为开关磁阻电机的转速偏差, 为开关磁阻电机的给定转速,ω为开关磁阻电机的实际转速。
3.根据权利要求1所述的一种适于动态负荷下的开关磁阻电机高性能调速控制方法,其特征在于:采用果蝇算法对步骤S22中参数c、α、δ进行优化,具体步骤如下:S221,以超螺旋控制算法中滑膜系数c、幂次趋近率增益α、双曲正切函数曲率增益δ为优化对象,以开关磁阻电机效率η和转矩脉动系数ε为优化目标,构建多目标优化适应度函数F,具体如下:开关磁阻电机效率η和转矩脉动系数ε的表达式分别为: (10);
式中Uk、ik、Tref、ω、m和τr分别表示开关磁阻电机的相电压、相电流、参考转矩、转子角速度、相数和转子极距,Tmax和Tmin分别表示最大转矩和最小转矩;
根据式(10)构建其多目标优化适应度函数F为: (11);
式中k1和k2分别为效率η和转矩脉动系数ε的权重系数,且k1+k2=1;
S222,设置果蝇种群规模P、种群迭代次数M及果蝇飞行半径R;
S223,赋予初代果蝇个体坐标,计算并比较初代果蝇各个体对应的适应度,保留适应度极小值及其对应的果蝇个体坐标,并将所保留的果蝇个体坐标记为(Xc,Y)c 、(Xα,Yα)和(Xδ,Y)δ ;
其中,初代果蝇第i个个体坐标由式(12)给出: (12);
式中 分别为第i个初代果蝇个体的坐标,random()表示[0,1]范围内的随机数,R为果蝇飞行半径,i=1,2,3……P;
S224,赋予下一代果蝇个体坐标,并使其随机分布在以上一代保留的果蝇个体坐标为圆心、以果蝇飞行半径R为半径的圆内;
下一代果蝇第i个个体坐标由式(13)给出:(13);
S225,计算并比较步骤S224中各果蝇个体对应的适应度,得到其极小值及其对应的果蝇个体坐标;
S226,将步骤S225所得果蝇个体适应度极小值与其上一代保留的果蝇个体适应度极小值进行比较,保留其较小的适应度及其对应的坐标;
S227,重复步骤S224~S226,直至运行次数达到种群迭代次数为止,此时所得适应度极小值为果蝇个体对应的适应度最优值,并根据所得适应度最优值所对应的果蝇个体坐标得到参数c、α、δ的最优值,公式如下:(14);
其中,Xc和Yc分别表示优化对象c的横、纵坐标,Xα和Yα分别表示优化对象α的横、纵坐标,Xδ和Yδ分别表示优化对象δ的横、纵坐标。
4.根据权利要求1所述的一种适于动态负荷下的开关磁阻电机高性能调速控制方法,其特征在于:所述步骤S4的具体步骤如下:S41,采集开关磁阻电机定子绕组电流、电压,同时检测转子位置角,通过开关磁阻电机电压平衡方程得到瞬时磁链ψk(i,θ),其公式为: (16);
式中uk、ik、ψk(i,θ)和Rk分别为电机第k相绕组的外加电压、电流、磁链和电阻,θ为转子位置角;
S42,根据步骤S41所得瞬时磁链,通过式(16)得到三相开关磁阻电机磁链角度大小θ1: (17);
其中ψA、ψB、ψC分别为三相顺势磁链;
S43,根据步骤S42所得θ1的大小判断磁链矢量所在扇区,并根据对应规则选择电压矢量的开关状态,生成控制开关管通断的脉冲信号。