[發明專利]一種基于灰狼優化的無刷直流電機控制器的參數優化方法

有效

• 申請號: 201911108808.0
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110829904B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 曾潔;曲行行;繩然;鄒娟;鄭祥
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P6/34;H02P6/28;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/22;H02P27/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種基于灰狼優化的無刷直流電機控制器的參數優化方法，包括：建立無刷直流電機反電動勢觀測器，將線性誤差函數加入到觀測器結構中，構造了一種由線性誤差函數項與非線性誤差反饋項相結合的新觀測器結構；引入灰狼優化算法(GWO)對新觀測器的增益K₁、K₂以及線性誤差函數項中可調參數c進行尋優求值；根據電機的期望輸出速度和實際輸出速度的誤差值建立誤差積分準則ITAE，由ITAE作為灰狼算法尋優的目標函數，確定算法尋優效果。該方法與傳統無刷直流電機反電動勢觀測器相比，通過改造其傳統結構加速估算狀態量的收斂速度；同時通過引入灰狼算法對其參數的優化進一步保證了觀測器誤差收斂的快速性和估計信號抖振的最小化，可以最大限度地減小低速范圍內高開關增益的問題。

技術領域

本發明涉及無刷直流電機無傳感器控制領域，尤其涉及一種基于灰狼優化的無刷直流電機控制器的參數優化方法。

背景技術

與傳統的交直流電機相比，永磁無刷直流電機具有功率密度大、效率高、轉矩大、損耗小、成本低等特點，在一些高性能驅動如航空航天，醫療機械等領域得到了廣泛的應用。傳統無刷直流電機控制器通常采用安裝機械傳感器獲取轉子位置信息來對其進行換相控制。然而，隨著各工業控制領域對系統的精度、響應速度以及穩定性能等要求不斷提高以及電機作業環境不斷惡化，傳統的控制器由于內部傳感器抗干擾性差，結構復雜等缺點，已經不能滿足現代電機高濕高溫的作業環境，一種合理的控制算法對無刷直流電機的未來發展變得尤為重要。

反電動勢法是目前應用相對成熟廣泛的一種無傳感器控制方法。該方法通過檢測電機反電勢過零點移相π/6獲得轉子換相點，但由于電機工作環境的復雜性以及電磁干擾等因素往往不能準確的判斷該換相點，且在電機低速運行時，反電動勢較弱，難以檢測捕捉其過零點。針對上述問題，學者提出反電動勢觀測器法，通過測量三相端電壓和線電流構造線反電動勢觀測器來估算一系列電機信息得出轉子換相點，很好的解決了上述過零點難以準確測量的問題。然而，傳統方法估計的反電動勢包含大量高頻干擾分量，且構造觀測器時需要基于極點配置的方法選擇K₁和K₂兩個增益值，這種方法選擇的增益參數最大值因噪聲的放大而受限制，在電機全速運行時極易出現估算信號抖動，造成估算值出現誤差等問題。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種基于灰狼優化的無刷直流電機控制器的參數優化方法，具體包括如下步驟：

S1：建立無刷直流電機反電動勢觀測器，將線性誤差函數加入到觀測器結構中，構造了一種由線性誤差函數項與非線性誤差反饋項相結合的新觀測器結構；

S2：引入灰狼優化算法(GWO)對新觀測器的增益K₁、K₂以及線性誤差函數項中可調參數c進行尋優求值；

S3：根據電機的期望輸出速度和實際輸出速度的誤差值建立誤差積分準則ITAE，由ITAE作為灰狼算法尋優的目標函數確定算法尋優結果.

進一步的，S1中具體采用如下方式：

S11：無刷直流電機反電動勢觀測器的建立

無刷直流電機三相繞組對稱分布，忽略內部磁滯、渦流等損耗，功率開關管等為理想開關，則無刷直流電機的定子繞組電壓方程可表示為：

將上式(1)改寫成以線電流和反電動勢為觀測量的狀態方程，以i_ab為例，則無刷直流電機反電動勢數學模型：

式中，y_ab＝i_ab,以及C＝[1 0]。

上式系統為可觀系統，構建反電勢信號觀測矩陣為：