[发明专利]一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法

说明书

本发明公开了一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法，属于电机控制技术领域。本发明解决了双定子开关磁阻电机在运行过程中工作模式选择的问题并对开关磁阻电机存在的转矩脉动较大的问题也采用方法进行抑制。本发明针对双定子开关磁阻电机区别于常规单定子开关磁阻电机特有结构，采用新型功率变换器，使双定子开关磁阻电机能够工作在内定子、外定子、内外定子并联、内外定子串联和双定子五种工作模式下。并构建了多目标优化函数，给出各优化目标权重系数，控制双定子开关磁阻电机工作在同一工况时函数值最大的工作模式下，提高双定子开关磁阻电机的工作性能，实现电机高工作效率和低转矩脉动运行。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，更具体来说，涉及一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法。

背景技术

开关磁阻电机具有可靠性高、成本低、结构简单、起动转矩大和调速范围宽等优点，在航空航天、电动汽车、家用电器、纺织工程等多个领域具有良好的应用前景。但传统开关磁阻电机存在着功率密度低、转矩脉动大的缺点，这些缺点严重限制了开关磁阻电机的推广应用。为了解决以上缺点，专利申请号为2019108191531公开了一种采用分段式U型定子结构，转子齿轴线错开一定机械角度的新型双定子开关磁阻电机，这种新型开关磁阻电机因其内外转子齿轴线错开一定机械角度能够有效降低转矩脉动并提高功率密度。而专利申请号2021101978204公开了一种新型双定子开关磁阻电机功率变换器，不仅降低了成本，而且能够实现让双定子开关磁阻电机工作在五种模式下，但针对不同工况下，双定子开关磁阻电机工作模式的选择依据依旧值得思考。为了改善开关磁阻电机的运行性能，此前学者多针对单一目标进行控制参数优化，但无法整体提升电机的运行性能。所以通过考虑多个优化目标以提升双定子开关磁阻电机多模式运行性能是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对以上的问题，本发明提供一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法，能够使双定子开关磁阻电机始终工作在函数值最大的工作模式下，以提升电机的整体运行性能。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

本发明第一方面是采用了模糊PI控制以及预测控制方法对双定子开关磁阻电机的转矩脉动进行抑制，具体过程包括：

本发明的模糊PI控制所采用的模糊控制器为双输入、双输出方式，二维输入为给定信号与反馈信号的偏差e和偏差变化率e_c，输出为PI控制中的K_p和K_i值。通过将输入进行模糊化和反模糊化来来控制模糊PI控制的输出，得到给定电流值。预测控制环节，使用前期建立的数学模型，根据当前时刻的状态量来预测下一时刻的状态量。本发明根据实时采样的双定子开关磁阻电机的内外定子绕组相电流和转子位置来预测下一时刻电机的状态值，实现预测控制。

建立的数学模型为：

式中i_k和θ_k表示当前时刻电机的电子绕组相电流值和转子位置，i_k+1和θ_k+1和U_k+1表示电机下一时刻的定子绕组的相电流值、转子位置和相绕组两端的电压，ψ、ΔT和ω则分别表示磁链、采样间隔时间和角速度。

本发明第二方面是以双定子开关磁阻电机的工作效率和转矩平滑系数为优化目标，构建多目标优化函数。具体步骤如下：