[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

本發明公開了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，采用矢量控制進行勵磁同步電動機的變頻調速控制，實時調節勵磁同步電動機轉子轉速，其中速度調節、轉矩分量電流調節、磁通分量電流調節均采用PI調節器實現，速度PI調節器的比例增益和積分增益由粒子群算法確定，在確定過程中采用改進的適應度值計算公式、速度更新公式和位置更新公式。本發明在結合傳統矢量控制和PI控制的基礎上，引入粒子群算法并進行改進，實時調節勵磁同步電動機轉子轉速，提高速度控制過程中的平穩性。

技術領域

本發明屬于電動機智能控制技術領域，更為具體地講，涉及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。

背景技術

當前，同步電動機變頻調速控制系統從控制方式上可分為兩大類：一類為他控式變頻調速控制系統；另一類為自控式變頻調速控制系統。他控式變頻調速控制系統中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環控制系統，適應于多臺機組并聯運行的場合。由于這種系統沒有解決同步電動機的失步、振蕩等問題，所以在實際的調速場合很少使用。隨著電力電子技術的發展和各種高性能變頻裝置的出現，為同步電動機應用于要求大范圍調速的場合奠定了基礎。因此現階段同步電動機變頻調速控制系統一般采用自控式運行，通過位置傳感器檢測同步電動機轉子位置，根據電動機自身轉子的位置及轉速決定逆變器輸出頻率。這樣能時刻保持同步電動機工作在同步狀態，從根本上解決了同步電動機變頻調速失步的問題。

在自動化工業高速發展的今天，對自動化的要求既需要有動力的傳遞又要有對系統控制的有效控制算法。在工業自動化生產中常常需要對電動機的速度進行控制，其中對電動機具有高效率、高產量、低成本等的要求都可以通過對電動機進行變頻調速來達到目的，實現工業生產上的需要。矢量控制方法能實現高精度、高動態性能、大范圍的調速或定位控制，隨著工業領域對高性能同步電動機控制需求的增加，矢量控制系統在勵磁同步電動機領域具有廣闊的應用前景。

自動化生產的各個系統中對控制系統要求較高，需要選擇合適的算法，才能設計出可靠性高的控制裝置。基于這樣的目標，為了提高勵磁同步電動機變頻調速性能，自適應控制、滑模控制算法等現在控制算法理論和很多智能控制算法比如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等已經廣泛應用于勵磁同步電動機的速度調節控制中。但是迄今為止，在抽水蓄能電站里面，因為電網調峰調頻的需求，抽水蓄能機組需要頻繁啟動和退出運行。在啟動和退出運行的過程中，速度的經常變化常常引起電動機的抖振，危害電動機的壽命，因此其電動機轉子速度的調節方法到現在依然沒有得到圓滿解決，需要進一步研究和改進。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供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，在結合傳統矢量控制和PI控制的基礎上，引入粒子群算法并進行改進，實時調節勵磁同步電動機轉子轉速，提高速度控制過程中的平穩性。

為了實現上述發明目的，本發明基于改進粒子群算法的勵磁同步電動機變頻調速系統包括速度計算模塊、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：