[發明專利]一種基于多目標優化的雙定子開關磁阻電機多模式運行方法

在審

• 申請號: 202210504707.0
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114710094A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 閆文舉;張東;陳昊;王為超;李海龍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02P25/098
• 分類號: H02P25/098;H02P23/00;H02P23/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于多目標優化的雙定子開關磁阻電機多模式運行方法，屬于電機控制技術領域。本發明解決了雙定子開關磁阻電機在運行過程中工作模式選擇的問題并對開關磁阻電機存在的轉矩脈動較大的問題也采用方法進行抑制。本發明針對雙定子開關磁阻電機區別于常規單定子開關磁阻電機特有結構，采用新型功率變換器，使雙定子開關磁阻電機能夠工作在內定子、外定子、內外定子并聯、內外定子串聯和雙定子五種工作模式下。并構建了多目標優化函數，給出各優化目標權重系數，控制雙定子開關磁阻電機工作在同一工況時函數值最大的工作模式下，提高雙定子開關磁阻電機的工作性能，實現電機高工作效率和低轉矩脈動運行。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，更具體來說，涉及一種基于多目標優化的雙定子開關磁阻電機多模式運行方法。

背景技術

開關磁阻電機具有可靠性高、成本低、結構簡單、起動轉矩大和調速范圍寬等優點，在航空航天、電動汽車、家用電器、紡織工程等多個領域具有良好的應用前景。但傳統開關磁阻電機存在著功率密度低、轉矩脈動大的缺點，這些缺點嚴重限制了開關磁阻電機的推廣應用。為了解決以上缺點，專利申請號為2019108191531公開了一種采用分段式U型定子結構，轉子齒軸線錯開一定機械角度的新型雙定子開關磁阻電機，這種新型開關磁阻電機因其內外轉子齒軸線錯開一定機械角度能夠有效降低轉矩脈動并提高功率密度。而專利申請號2021101978204公開了一種新型雙定子開關磁阻電機功率變換器，不僅降低了成本，而且能夠實現讓雙定子開關磁阻電機工作在五種模式下，但針對不同工況下，雙定子開關磁阻電機工作模式的選擇依據依舊值得思考。為了改善開關磁阻電機的運行性能，此前學者多針對單一目標進行控制參數優化，但無法整體提升電機的運行性能。所以通過考慮多個優化目標以提升雙定子開關磁阻電機多模式運行性能是目前亟需解決的問題。

發明內容

針對以上的問題，本發明提供一種基于多目標優化的雙定子開關磁阻電機多模式運行方法，能夠使雙定子開關磁阻電機始終工作在函數值最大的工作模式下，以提升電機的整體運行性能。

為實現上述技術目的，本發明采用如下的技術方案予以實現：

本發明第一方面是采用了模糊PI控制以及預測控制方法對雙定子開關磁阻電機的轉矩脈動進行抑制，具體過程包括：

本發明的模糊PI控制所采用的模糊控制器為雙輸入、雙輸出方式，二維輸入為給定信號與反饋信號的偏差e和偏差變化率e_c，輸出為PI控制中的K_p和K_i值。通過將輸入進行模糊化和反模糊化來來控制模糊PI控制的輸出，得到給定電流值。預測控制環節，使用前期建立的數學模型，根據當前時刻的狀態量來預測下一時刻的狀態量。本發明根據實時采樣的雙定子開關磁阻電機的內外定子繞組相電流和轉子位置來預測下一時刻電機的狀態值，實現預測控制。

建立的數學模型為：

式中i_k和θ_k表示當前時刻電機的電子繞組相電流值和轉子位置，i_k+1和θ_k+1和U_k+1表示電機下一時刻的定子繞組的相電流值、轉子位置和相繞組兩端的電壓，ψ、ΔT和ω則分別表示磁鏈、采樣間隔時間和角速度。

本發明第二方面是以雙定子開關磁阻電機的工作效率和轉矩平滑系數為優化目標，構建多目標優化函數。具體步驟如下：