[發明專利]一種基于改進粒子群算法的勵磁同步電動機變頻調速系統

有效

• 申請號: 202011130598.8
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112290849B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 余濤;賀儒飛;竇博文;汪志強;李青;陳創佳;董俊杰;彭潛;黃業達;俞家良;劉群英;李博文;朱德清
• 申請（專利權）人: 深圳蓄能發電有限公司
• 主分類號: H02P25/024
• 分類號: H02P25/024;H02P27/08;H02P27/04;H02P21/00;G06N3/006
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于改進粒子群算法的勵磁同步電動機變頻調速系統，其特征在于，包括速度計算模塊、速度差值計算模塊、粒子群算法模塊、速度PI調節器、Clarke變換模塊、Park變換模塊、轉矩分量電流差值計算模塊、磁通分量電流差值計算模塊、轉矩分量電流PI調節器、磁通分量電流PI調節器、反Park變換模塊、SVPWM模塊和電壓逆變器，其中：

速度計算模塊用于采集勵磁同步電動機的轉子角度θ_r，據此計算得到勵磁同步電動機的角速度ω_r，將轉子角度θ_r發送給Park變換模塊和反Park變換模塊，將角速度ω_r發送給速度差值計算模塊；

速度差值計算模塊用于計算角速度ω_r與速度參考值之間的速度差值并發送給粒子群算法模塊和速度PI調節器；

粒子群算法模塊用于根據速度差值Δω，基于粒子群算法確定速度PI調節器的比例增益和積分增益，并據此對速度PI調節器進行設置，具體方法包括以下步驟：

S1：根據需要設置粒子群的粒子數量K，初始化迭代次數t＝1，將速度PI調節器的比例增益作為粒子的位置，將積分增益作為粒子的速度，隨機初始化各個粒子的速度v_i(1)和位置x_i(1)，i＝1,2,…,K；

S2：根據速度差值Δω，計算得到每個粒子的初始適應度值F_i(1)，計算公式如下：

其中，u₀為初始電壓值，u表示勵磁同步電動機本次調速控制的電壓；β表示控制信號的動態懲罰因子；γ表示超調的懲罰因子；是勵磁同步電動機本次調速控制時的超調值；適應度值越小，粒子越優；

S3：令每個粒子的初始局部最優位置p_i(1)＝x_i(1)，令初始局部最優適應度值F_i^p(1)＝F_i(1)，從K個粒子中選擇適應度值最小的粒子的位置作為初始全局最優位置p_g(1)，令其對應適應度值為初始全局最優適應度值F^g(1)；

S4：采用以下公式進行粒子的速度更新：

v_i(t+1)＝τ(t)[v_i(t)+εc₁rand₁(p_i(t)-x_i(t))]+c₂rand₂[δ(p_g(t)-x_i(t))]

其中，v_i(t)、v_i(t+1)分別表示第t次迭代和第t+1次迭代時第i個粒子的速度，x_i(t)表示在第t次迭代時第i個粒子的位置，p_i(t)表示第t次迭代時第i個粒子的局部最優位置，p_g(t)表示第t次迭代時的全局最優位置；

τ(t)是收縮因子，其計算公式為：

是與時間相關的可迭代更新的權重，其計算公式為：的初始值根據需要設置；

c₁和c₂為預設的兩個正加速常數因子；ε是加速權重，其計算公式為：w為預設的慣性權重；rand₁和rand₂是在[0,1]區間的隨機數；δ表示群收縮系數；

S5：采用以下公式進行粒子的位置更新：

x_i(t+1)＝(1-θ)x_i(t)+θ[λx_i(t)-p_i(t)]+θp_g(t)

其中，x_i(t+1)表示在第t+1次迭代時第i個粒子的位置，θ為預設的學習因子，λ為隨機性因子，其計算公式為λ＝λ₀e^-st，0.5＜λ₀＜1，0＜s＜1，e為自然常數；

S6：計算當前迭代得到的粒子群中每個粒子的適應度值F_i(t+1)，計算公式如下：

S7：判斷是否達到迭代完成條件，如果未達到，進入步驟S8，否則進入步驟S10；

S8：采用如下方式確定每個粒子的局部最優位置p_i(t+1)：

如果第t+1次迭代時第i個粒子的適應度值F_i(t+1)≥ρ_iF_i^p(t)，其中ρ_i表示第i個粒子對應的蒸發常數，則令第i個粒子的局部最優位置p_i(t+1)＝p_i(t)，令局部最優適應度值F_i^p(t+1)＝ρ_iF_i^p(t)，否則令第i個粒子的局部最優位置p_i(t+1)＝x_i(t+1)，令局部最優適應度值F_i^p(t+1)＝F_i(t+1)；

然后從當前K個粒子的局部最優位置p_i(t+1)所對應的局部最優適應度值F_i^p(t+1)篩選出最小值min(F_i^p(t+1))，判斷最小值min(F_i^p(t+1))是否小于全局最優適應度值F^g(t)，如果是，將min(F_i^p(t+1))所對應的局部最優位置作為全局最優位置p_g(t)，更新全局最優適應度值F^g(t)＝min(F_i^p(t+1))，否則不作任何操作；

S9：令t＝t+1，返回步驟S4；

S10：從當前種群中選擇適應度值最小的粒子，將其位置作為速度PI調節器的比例增益，將其速度作為速度PI調節器的積分增益；

速度PI調節器用于接收速度差值Δω，采用粒子群算法模塊確定的例增益和積分增益進行調節，得到轉矩分量參考電流發送給轉矩分量電流差值計算模塊；

Clarke變換模塊用于采集電壓逆變器輸出到勵磁同步電動機的兩相定子電流i_a、i_b，采用Clarke變換將定子電流i_a、i_b變換為αβ兩相靜止坐標系上的電流矢量i_α和i_β，將電流矢量i_α和i_β發送給Park變換模塊；

Park變換模塊用于接收電流矢量i_α和i_β以及轉子角度θ_r，采用Park變換將電流矢量i_α和i_β變換為dq兩相旋轉坐標系上的磁通分量電流i_d和轉矩分量電流i_q，將轉矩分量電流i_q發送給轉矩分量電流差值計算模塊，將磁通分量電流i_d發送給磁通分量電流差值計算模塊；

轉矩分量電流差值計算模塊用于計算轉矩分量電流i_q與轉矩分量電流參考值之間的轉矩分量電流差值發送給轉矩分量電流PI調節器；

轉矩分量電流PI調節器用于接收轉矩分量電流差值Δi_q進行調節，得到控制電壓矢量u_q^*，發送給反Park變換模塊；

磁通分量電流差值計算模塊用于計算磁通分量電流i_d與磁通分量電流參考值之間的磁通分量電流差值發送給磁通分量電流PI調節器；

磁通分量電流PI調節器用于接收磁通分量電流差值Δi_d進行調節，得到控制電壓矢量u_d^*，發送給反Park變換模塊；

反Park變換模塊用于接收控制電壓矢量u_d^*、u_q^*以及轉子角度θ_r，采用反Park變換將控制電壓矢量u_d^*和u_q^*變換為αβ兩相靜止坐標系上的電壓矢量u_α^*和u_β^*，將電壓矢量u_α^*和u_β^*發送給SVPWM模塊；

SVPWM模塊用于根據電壓矢量u_α^*和u_β^*生成PWM波，發送給電壓逆變器；

電壓逆變器根據PWM波控制晶閘管的開閉產生變頻電壓，輸出到勵磁同步電動機中驅動電動機運轉。