[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的SHEPWM方程組求解方法

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• 申請日: 2019-12-14
• 公開（公告）號: CN111027009A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢長煜
• 申請（專利權(quán)）人: 中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: G06F17/12
• 分類號: G06F17/12;G06N3/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜威威;李洪福

本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的SHEPWM方程組求解方法，屬于一種電機(jī)控制中脈沖輸出的算法優(yōu)化，該方法包括以下步驟：設(shè)定逆變器電壓的輸出方程的目標(biāo)函數(shù)以及邊界條件；當(dāng)調(diào)制深度M為零時(shí)，利用遺傳算法對所述逆變器電壓的輸出方程進(jìn)行求解，得到M為零時(shí)，逆變器電壓三個不同角度的值；當(dāng)調(diào)制深度M不為零時(shí)，將遺傳算法對所述逆變器電壓的輸出方程求得的解設(shè)為初值，利用數(shù)值迭代法進(jìn)行迭代，得到當(dāng)前M值下的方程組的解，得到M不為零時(shí)，逆變器電壓三個不同角度的值，該方法利用遺傳算法的全局尋解特性和數(shù)值迭代法的快速收斂特性，計(jì)算出角度初始值，利用cftool工具箱擬合角度曲線，簡化了原來方法中的查表法，同時(shí)完成角度軌跡選優(yōu)的方法，以此降低輸出諧波。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制中脈沖輸出的算法優(yōu)化，尤其涉及一種基于遺傳算法的SHEPWM方程組求解方法。

背景技術(shù)

SHEPWM技術(shù)的特定消諧方程組是非線性超越方程，在初值的選取上存在難度，方程求解難度復(fù)雜，收斂效果不佳，由于微處理器主頻速度低，目前大部分SHEPWM多采用查表法生成PWM波形來進(jìn)行電機(jī)控制，用(1)離線法將計(jì)算出的開關(guān)角度存儲在程序中，同時(shí)對希望輸出的電壓進(jìn)行分析，計(jì)算并找到角度結(jié)果相近似的開關(guān)角度，以此來進(jìn)行IGBT的開關(guān)狀態(tài)，該方法輸出的電壓并不連續(xù)，同時(shí)隨著精度的增高，程序的存儲空間加大，算法的靈活性與實(shí)時(shí)性變差；(2)數(shù)值法是求解超越方程組最常見的的方法，該方法通過選擇合適的初值以保證方程的迭代收斂性，當(dāng)初值選擇不同時(shí)，得到的開關(guān)角軌跡也不相同，計(jì)算速度快，數(shù)值精度高，因此該方法的重點(diǎn)是如何選取方程的初值，同時(shí)保證方程的迭代性。但是數(shù)值迭代法計(jì)算速度快，精度高，但是其收斂性較差,初值計(jì)算困難，必須選擇合適的初值才能夠得到SHEPWM方程組的解,無法做到全調(diào)至域M解得范圍，當(dāng)M等于0或者M(jìn)>0,9后，易形成窄脈沖；(3)在現(xiàn)在控制算法中，遺傳算法遵循進(jìn)化論，按照自然選擇和基因的生物學(xué)規(guī)律進(jìn)行全局優(yōu)化尋找，利用該方法的全局尋解功能對SHEPWM方程組進(jìn)行求解，以求解全調(diào)至域下的逆變器的開關(guān)角度,計(jì)算速度慢，收斂性存在不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的SHEPWM方程組求解方法包括以下步驟：

S1:設(shè)定逆變器電壓的輸出方程的目標(biāo)函數(shù)以及邊界條件；

S2:當(dāng)調(diào)制深度M為零時(shí)，利用遺傳算法對所述逆變器電壓的輸出方程進(jìn)行求解，得到M為零時(shí)，計(jì)算逆變器輸出脈沖的不同角度的值；

當(dāng)調(diào)制深度M不為零時(shí)，將遺傳算法對所述逆變器電壓的輸出方程求得的解設(shè)為初值，利用數(shù)值迭代法進(jìn)行迭代，得到當(dāng)前M值下的方程組的解，得到M不為零時(shí)，得到逆變器輸出脈沖的不同角度的值。

進(jìn)一步地：所述逆變器電壓的輸出方程如下：

其中：U_d表示直流母線電壓，M調(diào)制深度，α表示開關(guān)角度，N表示開關(guān)角個數(shù)。

進(jìn)一步地：采用以下方式對逆變器電壓的輸出方程求得的解進(jìn)行驗(yàn)證：

S1：根據(jù)開關(guān)角度軌跡的光滑性，以前一組方程組的解作為后一方程組的初值，依次求解，得到全調(diào)制域下開關(guān)角的軌跡；

S2：通過S1得到的角度，模擬調(diào)制深度M的曲線方程，利用第三方軟件cftool工具箱擬合曲線，做一元二次函數(shù)得到全調(diào)制域下的開關(guān)角曲線(函數(shù)冪此次小于等于2，按照該方法依次計(jì)算7分頻，5分頻，3分頻方程(1)的解，該方法用以替換查表法。

進(jìn)一步地，利用遺傳算法對所述逆變器電壓的輸出方程進(jìn)行求解過程如下：

S1:在第三方軟件中設(shè)定調(diào)制深度M和開關(guān)角個數(shù)N值，同時(shí)設(shè)定開關(guān)角邊界條件；

S2:生成當(dāng)前開關(guān)角個數(shù)N值條件下的消協(xié)方程組和適應(yīng)度函數(shù)；

S3:計(jì)算適應(yīng)度；