[發(fā)明專利]一種基于PI參數(shù)自整定的電機(jī)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310283976.X
• 申請(qǐng)日: 2013-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN103414415A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石成富;李潔;石永麗;蔣順凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 石成富
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)的領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于PI參數(shù)自整定的電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)技術(shù)又有了進(jìn)一步的提升，其中永磁同步電機(jī)就以其體積小、氣隙磁通密度大、轉(zhuǎn)矩容量比和轉(zhuǎn)矩慣量比高以及沒有轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為了伺服系統(tǒng)電機(jī)選型的“主流”。永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。近幾年，隨著新能源的不斷發(fā)展，尤其是風(fēng)電裝機(jī)量的迅速提升，永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)有了更廣闊的市場(chǎng)需求。同時(shí)，市場(chǎng)也對(duì)伺服系統(tǒng)作動(dòng)的速度和精度提出了更嚴(yán)格的要求。

常見的基于矢量控制的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)采用速度環(huán)和快速電流環(huán)雙環(huán)結(jié)構(gòu)，其中最重要的速度調(diào)節(jié)器一般采用比例積分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器），PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)性能和PI參數(shù)息息相關(guān)，傳統(tǒng)的人工整定對(duì)人為經(jīng)驗(yàn)過(guò)于依賴，且整定效果不能保證。此外，傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器缺乏對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)能力，而永磁同步電機(jī)是一個(gè)非線性、時(shí)變、大延時(shí)的復(fù)雜系統(tǒng)，存在著包括負(fù)載阻力擾動(dòng)、轉(zhuǎn)子慣量變化擾動(dòng)、摩擦力擾動(dòng)、紋波推力擾動(dòng)、齒槽推力擾動(dòng)、永磁體磁鏈諧波擾動(dòng)等多種擾動(dòng)，這些擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、動(dòng)靜態(tài)性能都會(huì)造成明顯的影響。例如在機(jī)器人機(jī)械臂控制和光伏太陽(yáng)能板展開過(guò)程中，系統(tǒng)慣量是不停變化的：慣量變大，會(huì)使得系統(tǒng)響應(yīng)變慢，精度下降，甚至出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，慣量變小容易使系統(tǒng)超調(diào)或振蕩。

近年來(lái)新興的智能控制具有局部改進(jìn)上述不足的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)目前的研究中，很少通過(guò)學(xué)科交叉將其用于永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)中，在少有的相關(guān)研究中，也只是單一的對(duì)其研究，并沒有將其各自的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行整合互補(bǔ)，其系統(tǒng)性能還有待于進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種基于PI參數(shù)自整定的電機(jī)控制方法，該方法能同時(shí)具備遺傳算法能夠?qū)と肿顑?yōu)和模糊算法自適應(yīng)強(qiáng)、不依賴于控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能使永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)具有更優(yōu)的動(dòng)靜態(tài)性能和更強(qiáng)的自適應(yīng)力及更好的魯棒性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于PI參數(shù)自整定的電機(jī)控制方法，它包括如下步驟：

（1）通過(guò)霍爾傳感器采集電機(jī)（永磁同步電機(jī)）三相電流i_a、i_b、i_c，然后將其通過(guò)Clarke變換和Park變換得到d-q坐標(biāo)系下電機(jī)的實(shí)際電流值i_d、i_q；

（2）通過(guò)位置信號(hào)檢測(cè)器采集電機(jī)的位置信號(hào)，并對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行微分得到速度信號(hào)；

（3）采用遺傳控制器，分別對(duì)模糊控制器內(nèi)部的模糊控制規(guī)則、量化因子與比例因子進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的模糊控制規(guī)則、量化因子與比例因子；

（4）采用經(jīng)遺傳控制器進(jìn)行優(yōu)化后的模糊控制器對(duì)速度PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI參數(shù)自整定，保證系統(tǒng)具有最優(yōu)的動(dòng)靜態(tài)性能；

（5）通過(guò)經(jīng)遺傳控制器進(jìn)行優(yōu)化后的模糊控制器對(duì)速度PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后，再通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_q^*、u_d^*，然后經(jīng)IPark變換后得到靜止兩相正交坐標(biāo)系下給定的電機(jī)電壓u_α^*、u_β^*；

（6）通過(guò)電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）得到功率管開通、關(guān)斷的脈寬調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相逆變器輸出相應(yīng)的三相電流i_a、i_b、i_c來(lái)控制電機(jī)（永磁同步電機(jī)）跟隨給定信號(hào)運(yùn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)勢(shì)在于：

本發(fā)明提供了一種基于PI參數(shù)自整定的電機(jī)控制方法，其在傳統(tǒng)電機(jī)（永磁同步電機(jī)）伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增加了遺傳控制器和模糊控制器。采用了遺傳控制器分別對(duì)模糊控制器內(nèi)部的模糊控制規(guī)則、量化因子與比例因子進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的模糊控制規(guī)則、量化因子與比例因子；同時(shí)，采用了經(jīng)遺傳控制器優(yōu)化后的模糊控制器對(duì)速度PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI參數(shù)自整定，從而保證系統(tǒng)具有最優(yōu)的動(dòng)靜態(tài)性能。本發(fā)明同時(shí)具備遺傳算法能夠?qū)と肿顑?yōu)和模糊算法自適應(yīng)強(qiáng)、不依賴于控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能使電機(jī)（永磁同步電機(jī)）伺服系統(tǒng)具有更優(yōu)的動(dòng)靜態(tài)性能和更強(qiáng)的自適應(yīng)力及更好的魯棒性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體原理框圖；