本發(fā)明屬于永磁同步電機控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步電機控制系統(tǒng)PID參數(shù)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：永磁同步電機以其高能源利用效率、高力矩慣量比、高能量密度，環(huán)保低碳等特點，被廣泛用于實現(xiàn)高精度和高效能的伺服控制系統(tǒng)。隨著伺服控制系統(tǒng)的精度和性能要求的進一步提高，PID控制器成為實際電機控制系統(tǒng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。PID控制器具有穩(wěn)定性好、工作可靠、適應(yīng)性好等諸多優(yōu)點；但是，PID參數(shù)的整定一直是困擾工程人員的一個難題，一般都是根據(jù)系統(tǒng)特性和工程經(jīng)驗通過經(jīng)驗法采用實際反復(fù)試驗進行PID參數(shù)整定；這種方法的缺陷在于：效率低、PID參數(shù)優(yōu)化性能不佳，調(diào)試時間長，調(diào)試成本高，某些特殊系統(tǒng)伴隨危險性，尤其無法適用一些高精準(zhǔn)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)試。經(jīng)驗調(diào)試方法導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能指標(biāo)很難達到最優(yōu)，并且很大程度上增加了控制系統(tǒng)的研發(fā)成本，延長了研發(fā)周期。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種永磁同步電機控制系統(tǒng)PID參數(shù)尋優(yōu)方法，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種永磁同步電機控制系統(tǒng)PID參數(shù)優(yōu)化方法；包括以下幾個步驟：步驟1:根據(jù)實際控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期TC、外環(huán)速度環(huán)控制周期TS、晶振頻率fosc、晶振周期Ts，計算仿真系統(tǒng)的仿真步長T1、電流環(huán)周期TC1和速度環(huán)周期TS1；步驟2:根據(jù)實際系統(tǒng)永磁同步電機的額定電流、額定轉(zhuǎn)速，將電流環(huán)的電流反饋和電流環(huán)的速度反饋進行歸一化計算；步驟3:CLARK變換；步驟4:PARK變換；步驟5:IPARK變換；步驟6:SVPWM設(shè)計；步驟7:使用matlab語言實現(xiàn)離散化的PID調(diào)節(jié)器；步驟8:建立控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)；步驟9:采用Matlab語言設(shè)計遺傳算法；步驟10:配置SIMULINK永磁同步電機和IGBT仿真模型參數(shù)；步驟11:構(gòu)建永磁同步電機空間矢量算法SIMULINK仿真模型；步驟12:進行參數(shù)尋優(yōu)，獲取控制系統(tǒng)速度環(huán)和電流環(huán)PID優(yōu)化參數(shù)。步驟1中具體分析及計算如下：由于控制系統(tǒng)本身的復(fù)雜度，以及執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜度很高，一次仿真和計算的數(shù)據(jù)量特別大，這對于控制系統(tǒng)來說是不允許的，但是實際控制系統(tǒng)往往都具有一定的響應(yīng)延時，控制系統(tǒng)響應(yīng)時間往往較長，這就意味著仿真的時間必須較長才能看到控制效果；為了調(diào)節(jié)仿真系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的矛盾，就必須對仿真系統(tǒng)中的仿真步長T1、電流環(huán)周期TC1和速度環(huán)周期TS1進行特殊設(shè)置；在實際應(yīng)用中，實際控制系統(tǒng)有兩個控制周期，包括內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期和外環(huán)速度環(huán)的控制周期，內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期TC＝66us,外環(huán)速度環(huán)控制周期TS＝264us,實際控制系統(tǒng)的晶振頻率fosc＝150MHz，實際控制系統(tǒng)的晶振周期Ts＝6.6ns，實際控制系統(tǒng)的電流環(huán)的控制周期TC為10000×Ts＝66us，實際控制系統(tǒng)的外環(huán)速度環(huán)周期TS為4倍的實際控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流環(huán)周期；考慮到如果將仿真系統(tǒng)的仿真步長T1設(shè)置為6.6ns,仿真系統(tǒng)的電流環(huán)控制周期和速度環(huán)控制周期和實際控制系統(tǒng)的電流環(huán)周期和控制環(huán)周期一樣，會造成巨大的數(shù)據(jù)量，計算復(fù)雜，實際驗證發(fā)現(xiàn)，一次系統(tǒng)仿真就會消耗半個小時，這樣的仿真速度顯然達不到我們的仿真需求。設(shè)置仿真系統(tǒng)中電流環(huán)的控制周期TC1為266us,速度環(huán)的控制周期TS1為1066us,仿真步長T1為0.5us，可以將仿真速度提高75倍；需要注意由于實際控制系統(tǒng)中的PID調(diào)節(jié)器中含有積分單元，實際控制系統(tǒng)中電流環(huán)周期為控制系統(tǒng)晶振周期的1000倍，仿真系統(tǒng)周期修改為控制系統(tǒng)晶振周期的133倍，這樣的設(shè)置會導(dǎo)致PID調(diào)節(jié)器的不同，因此這里將PID調(diào)節(jié)器的積分參數(shù)與倍數(shù)相關(guān)聯(lián)，避免了由于控制系統(tǒng)晶振周期調(diào)整而導(dǎo)致的調(diào)節(jié)器差異。步驟2的相關(guān)分析及計算如下：將關(guān)鍵變量進行歸一化處理是在工程計算和電力系統(tǒng)中常用的一種數(shù)值標(biāo)記方法，用來表示各物理參變量的相對值，簡化運算過程，方便程序調(diào)試及糾錯；歸一化值＝實際值/基準(zhǔn)值，這個值是一種無量綱的量，一個物理量的歸一化值在不同環(huán)境中是不固定的；這里進行歸一化處理的變量有電流環(huán)的電流反饋和電流環(huán)的速度反饋；根據(jù)實際系統(tǒng)中電機的文檔資料可以看出電機額定電流有效值為10A，設(shè)置電流標(biāo)幺的基準(zhǔn)值為10，電流環(huán)的電流反饋設(shè)置為10以內(nèi)，實際控制系統(tǒng)中的電流經(jīng)過AD采樣后進行基準(zhǔn)值為10的歸一化處理，保證控制系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)良好的對稱性；實際控制系統(tǒng)中的永磁同步電機額定轉(zhuǎn)速為3000RPM，設(shè)置電流環(huán)的速度反饋的基準(zhǔn)值為3000，設(shè)置目標(biāo)速度基準(zhǔn)值為3000的歸一化處理；經(jīng)過以上的變量歸一化處理，仿真系統(tǒng)的輸入變量的范圍設(shè)置在0～1之間，內(nèi)部的坐標(biāo)運算單元輸入數(shù)據(jù)的范圍設(shè)置在0～1之間，同樣設(shè)置PID調(diào)節(jié)器的輸出限幅為±1，就使得計算更加方便，易于進行計算和結(jié)果的分析比較。步驟3的相關(guān)分析及計算如下：永磁同步電機的控制系統(tǒng)中需要進行一系列坐標(biāo)變換，在常規(guī)控制系統(tǒng)中，坐標(biāo)變換可以通過程序?qū)崿F(xiàn)也可以通過專業(yè)的芯片實現(xiàn)，這里仿真通過Simulink平臺搭建，這些數(shù)學(xué)運算可以通過Matlab程序來實現(xiàn)。Clark變換將一個三相坐標(biāo)系統(tǒng)變換到靜止的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中，從物理意義上講，就是將電機ABC三相電壓等效到另外一個靜止坐標(biāo)系中去，如公式(1)所示：VsαVsβ=10323VANVBN---(1)]]>其中，VAN、VBN分別指電機ABC三相中的AB兩相的電壓瞬時值，VSα、Vsβ分別指變換后的α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量值。步驟4的相關(guān)分析及計算如下：PARK變換同樣是一個坐標(biāo)變換，將靜止的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)變換為一個轉(zhuǎn)動的d、q軸坐標(biāo)系統(tǒng)中，從物理意義上講，就是結(jié)合步驟3中的坐標(biāo)變換將電機三相電流投影、等效到d、q軸坐標(biāo)系統(tǒng)中去，如公式(2)所示：uduq=cosθsinθ-sinθcosθuαuβ---(2)]]>其中，uα、uβ分別指步驟3中公式(1)通過CLARK變換得到的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量，即VSα、Vsβ；這里的ud、uq分別指PARK變換后的d、q坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量；步驟5的相關(guān)分析及計算如下：IPARK變換將轉(zhuǎn)子的2軸電流矢量變換到定子的三相電流矢量中去，如公式(3)所示：uαuβ=cosθ-sinθsinθcosθuduq---(3)]]>步驟6：SVPWM設(shè)計，SVPWM是整個矢量控制的關(guān)鍵，具體包括以下幾個步驟，步驟6.1：根據(jù)當(dāng)前電機定子中的三相電流來確定矢量所處扇區(qū)seca，在進行矢量控制時，首先確定當(dāng)前控制矢量的位置，再通過當(dāng)前矢量位置控制指令確定下一時刻中電機三相線圈中的電流信號；考慮到算法比較復(fù)雜，在計算時包含很多中間計算過程，同時含有很多中間變量，其中Va、Vb、Vc就是其中的三個電壓控制矢量中間變量；首先默認(rèn)seca為0，根據(jù)步驟5中計算出的uα和uβ，計算電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，計算公式如(4)所示：Va=UbetaVb=(-0.5*Ubeta+0.8660254*Ualpha)Vc=(-0.5*Ubeta-0.8660254*Ualpha)---(4)]]>式中，Ualpha和Ubeta分別對應(yīng)公式(3)中的uα和uβ。然后將這三個電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc和0分別作比較，當(dāng)Va>0時，seca置數(shù)為1，當(dāng)Va≤0時，執(zhí)行Vb>0的比較；當(dāng)Vb>0時，在seca原有數(shù)值的基礎(chǔ)上將加一，當(dāng)Vb≤0時，執(zhí)行Vc>0的比較；當(dāng)Vc>0時，就在Vc原有數(shù)數(shù)值的基礎(chǔ)上加4，當(dāng)Vc≤0時，結(jié)束；步驟6.2：根據(jù)步驟6.1中扇區(qū)seca和電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，確定電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc的作用時間Ta、Tb、Tc，矢量控制的核心就在于這部分，實質(zhì)是一種對在三相正弦波中加入了兩個零矢量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形SPWM；SVPWM的調(diào)制過程是在空間實現(xiàn)的，沒有明確的線電壓調(diào)制波，SPWM是在ABC坐標(biāo)系下分相實現(xiàn)的；根據(jù)步驟6.1中計算出的扇區(qū)位置信息，電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，會有不同的作用時間Ta、Tb、Tc；根據(jù)扇區(qū)seca的數(shù)值，分別計算電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc的三個作用時間Ta、Tb、Tc；當(dāng)seca＝0時，根據(jù)公式(5)計算Ta、Tb、Tc時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc，且結(jié)束計算；當(dāng)seca≠0時，執(zhí)行seca＝1，根據(jù)公式(5)計算Ta、Tb、Tc的時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc且結(jié)束計算；當(dāng)seca≠1時，執(zhí)行seca＝2，此后依次按照SVPWM算法中的公式計算Ta、Tb、Tc的時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc；以此類推，執(zhí)行到當(dāng)seca＝5時，計算Ta、Tb、Tc時間，結(jié)束；t1=Vct2=VbTb=0.5*(1.0-t1-t2)Ta=Tb+t1Tc=Ta+t2Ta=(Ta*NUB/8)Tb=(Tb*NUB/8)Tc=(Tc*NUB/8)---(5)]]>其中，NUB為速度環(huán)控制周期時間，t1、t2分別為兩個中間變量；當(dāng)seca為其它數(shù)值時，按照SVPWM的算法即可計算出時間Ta、Tb、Tc；其中SVPWM算法為現(xiàn)有算法，其中公式均可在相關(guān)資料中找到。步驟6.3:根據(jù)步驟6.2中計算出的三個作用時間Ta、Tb、Tc生成控制逆變器的六路PWM矢量控制信號；首先將三個作用時間Ta、Tb、Tc分別與一個三角波進行滯回比較，產(chǎn)生三路PWM矢量控制信號，然后將三路PWM矢量控制信號反相，又生成三路PWM矢量控制信號，共產(chǎn)生六路PWM矢量控制信號，六路PWM矢量控制信號分別為：U_true、U_false、V_true、V_false、W_true、W_false，其中六路PWM矢量控制信號分為三組，每組PWM矢量控制信號中的兩個PWM矢量控制信號相反，作用于一組橋臂中的上下兩個橋臂，從而，生成的六路PWM矢量控制信號分別作為逆變器的六個開關(guān)信號；通過這六路PWM矢量控制信號可以控制逆變器從而控制永磁同步電機。步驟7：使用matlab語言實現(xiàn)離散化的PID調(diào)節(jié)器；考慮到利用Matlab語言實現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器無法單獨實現(xiàn)歷史值的保存，所以利用Simulink中的Memory模塊進行上一次歷史值的保存，在下一次計算時將上一次歷史值重新輸入，在第一次PID計算時設(shè)置所有輸入均為零，設(shè)置保存的變量有：歷史誤差(spd_old_SatErr)、歷史輸出(spd_old_Out)、歷史輸入(spd_old_Ui)；具體為：首先更新控制系統(tǒng)周期，然后根據(jù)PID的計算公式來計算此時的PID輸出值，對PID的輸出值進行限幅操作，防止過大的控制信號所造成的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，最后，將計算的中間變量和輸出值進行保存，以便下一次的PID計算，至此，PID的參數(shù)離散化處理結(jié)束。步驟8：在對整個控制系統(tǒng)的控制效果進行評價時，常規(guī)的方法是觀看電機的電流環(huán)響應(yīng)、速度環(huán)響應(yīng)以及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，直觀的觀看無法進行細(xì)致的效果評價，當(dāng)單個參量調(diào)整后，無法具體量化和評價該參量改變后的控制效果變化；建立有效的控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)，以此進行下一步控制參數(shù)優(yōu)化和系統(tǒng)調(diào)整，具體的控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)包含以下幾個步驟:步驟8.1:控制系統(tǒng)中將轉(zhuǎn)速作為主要性能指標(biāo)，設(shè)置五個評價參數(shù)指標(biāo)均與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)，設(shè)置暫態(tài)上升時間用來觀察控制系統(tǒng)的快速機動能力；穩(wěn)態(tài)上升時間可以評價系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性；當(dāng)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速的2％時即控制系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)；設(shè)置控制系統(tǒng)超調(diào)量和暫態(tài)振蕩次數(shù)，用來評價整個控制系統(tǒng)的抗干擾情況；設(shè)置系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，用來評價控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，當(dāng)控制系統(tǒng)進入2％的穩(wěn)態(tài)范圍內(nèi)后，會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)震蕩，這個震蕩幅度是控制系統(tǒng)中一個非常重要的參數(shù)指標(biāo)；步驟8.2:設(shè)置暫態(tài)上升時間(risetime)用Matlab語言實現(xiàn)；暫態(tài)上升時間是指從控制系統(tǒng)工作開始到實際電機轉(zhuǎn)速為目標(biāo)轉(zhuǎn)速的95％時所消耗的時間；首先將暫態(tài)上升時間賦值為控制系統(tǒng)運行時間,按照時間從前往后的順序進行順序查詢，實際轉(zhuǎn)速是從0開始逐漸增加，此時判斷轉(zhuǎn)速是否到達目標(biāo)轉(zhuǎn)速95％的范圍內(nèi)，如果沒有達到，保存當(dāng)前時間點，繼續(xù)判斷，當(dāng)實際轉(zhuǎn)速到達目標(biāo)轉(zhuǎn)速95％的范圍時，即確定此時的時間為暫態(tài)上升時間(risetime)。步驟8.3:設(shè)置超調(diào)量(overshot)用Matlab語言實現(xiàn)；超調(diào)量＝(實際最大轉(zhuǎn)速-目標(biāo)轉(zhuǎn)速)/目標(biāo)轉(zhuǎn)速×100％；首先將實際最大轉(zhuǎn)速賦值為第一個速度采樣值，然后依次時間順序比較上一個時刻的速度采樣值和當(dāng)前時刻的速度采樣值，在當(dāng)前速度采樣值大于上一時刻的速度采樣值時，保存當(dāng)前速度采樣值，在當(dāng)前速度采樣值小于等于上一時刻的速度采樣值時，繼續(xù)時間順序比較，通過順序的迭代比較，最終找出最大的速度采樣值，最后通過超調(diào)量公式計算出相應(yīng)的超調(diào)量；步驟8.4:設(shè)置暫態(tài)振蕩次數(shù)(oscnum)用Matlab語言實現(xiàn)，暫態(tài)振蕩次數(shù)用來表示控制系統(tǒng)從暫態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)時控制系統(tǒng)所經(jīng)歷的震蕩狀態(tài)，震蕩的次數(shù)是評價整個控制系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)控制性能的最重要的一個指標(biāo)；首先將暫態(tài)振蕩次數(shù)賦值為0，然后，當(dāng)控制系統(tǒng)進入暫態(tài)以后，依照時間順序進行順序查詢，并判定此時的實際轉(zhuǎn)速是否超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速5％范圍，如果實際轉(zhuǎn)速超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的5％范圍并回落一次，此時判斷出系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)一次震蕩；如果實際轉(zhuǎn)速未超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的5％范圍，則繼續(xù)時間順序查詢，這樣通過在暫態(tài)范圍內(nèi)的反復(fù)判斷，震蕩次數(shù)累加，最終得到系統(tǒng)的暫態(tài)振蕩次數(shù)；步驟8.5:設(shè)置穩(wěn)態(tài)上升時間(transtime)用Matlab語言實現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)上升時間是指控制系統(tǒng)從啟動開始，一直到控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時所消耗的時間，當(dāng)實際電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％時，判斷此時的時間為穩(wěn)態(tài)上升時間；穩(wěn)態(tài)上升時間不同于暫態(tài)上升時間反映電機的快速機動性，穩(wěn)態(tài)上升時間可以評價系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)上升時間這個參數(shù)的提高需要整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高效設(shè)計以及敏感參量的調(diào)整優(yōu)化；步驟8.6:設(shè)置穩(wěn)態(tài)誤差(stateerror)用Matlab語言實現(xiàn)；穩(wěn)態(tài)誤差代表了系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后的振動情況，分布在整個頻帶，如果持續(xù)時間長或者較幅度較大的話，會降低整個系統(tǒng)的使用壽命，系統(tǒng)硬件的負(fù)載會增加，故障率會增加，系統(tǒng)可靠性降低；首先將穩(wěn)態(tài)誤差賦值為速度反饋的最大值，然后根據(jù)時間順序從后往前查詢，依次判斷速度反饋是否超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％，當(dāng)速度反饋超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％時，則上一個時刻的速度反饋即為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度范圍，這樣就確定了系統(tǒng)整體的穩(wěn)態(tài)速度范圍，然后在這個穩(wěn)態(tài)速度范圍內(nèi)，求得轉(zhuǎn)速的平均值即為穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速均值，利用這個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速均值和目標(biāo)轉(zhuǎn)速進行取絕對值的差值計算，再除以目標(biāo)速度就獲得了穩(wěn)態(tài)誤差；所述步驟8.3、步驟8.4、步驟8.5、須在控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后才能計算，當(dāng)控制系統(tǒng)未達不到穩(wěn)態(tài)時，設(shè)置超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差均為1，設(shè)置暫態(tài)震蕩次數(shù)為1，這樣的設(shè)置覆蓋了所有的控制系統(tǒng)響應(yīng)，保證了系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)在任何響應(yīng)下均能對當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)做出最客觀有效的評價，以便進行有效的系統(tǒng)及參量調(diào)整。步驟9:采用Matlab語言設(shè)計遺傳算法；為了進一步挖掘仿真系統(tǒng)的價值，設(shè)計遺傳算法利用仿真環(huán)境進行PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，采用現(xiàn)有成熟的遺傳算法來進行參數(shù)整定可以節(jié)省大量的人力物力，有效提高系統(tǒng)研發(fā)效率，具體包括以下幾個步驟：步驟9.1:遺傳算法中的個體評價參數(shù)指標(biāo)設(shè)置，遺傳算法需要根據(jù)完善的個體評價參數(shù)指標(biāo)設(shè)置來判斷此個體的環(huán)境適應(yīng)性，根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性來引導(dǎo)進行下一步的參數(shù)變異方向，縮小目標(biāo)解范圍,在步驟8中的五個評價參數(shù)指標(biāo)，分別為暫態(tài)上升時間、穩(wěn)態(tài)上升時間、暫態(tài)震蕩次數(shù)、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差，這時候沒有確定的目標(biāo)參數(shù)范圍，參數(shù)尋優(yōu)范圍較大，尋優(yōu)迭代次數(shù)多，加上暫態(tài)上升時間后，會導(dǎo)致響應(yīng)畸形出現(xiàn)，在后期縮小目標(biāo)參數(shù)范圍后將暫態(tài)上升時間加入評價函數(shù)中去，使得變異方向更加準(zhǔn)確；步驟9.2:遺傳算法隨著進化的進行，其選擇率、交叉算子、變異率是動態(tài)改變的，通過分析系統(tǒng)要求，按照遺傳算法的相關(guān)規(guī)則，確定遺傳算法中一些具體參數(shù)的范圍，比如種群中的個體個數(shù)，遺傳率，變異等。步驟9.3:遺傳算法中的一次參數(shù)尋優(yōu)是在一個種群中進行的，種群的個數(shù)決定了最優(yōu)解的范圍以及染色體維度，當(dāng)染色體維度很高時，遺傳算法很難找到較好的解；考慮到最開始生成的初始種群適應(yīng)度極其低，個體之間差異不大，對于染色體維度為10的數(shù)據(jù)，在進化初期靠在一個種群中交叉進行全局搜索來搜尋較優(yōu)的個體，這里限定一個種群中的個體個數(shù)為50；步驟9.4:考慮到無法具體界定問題是否得到最優(yōu)解，設(shè)置迭代次數(shù)為100；根據(jù)控制系統(tǒng)評價參數(shù)指標(biāo)，選擇速度的暫態(tài)震蕩次數(shù)、超調(diào)量、暫態(tài)上升時間、穩(wěn)態(tài)上升時間和穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)這5個評價參數(shù)指標(biāo)的加權(quán)平均，得到目標(biāo)函數(shù)，考慮到應(yīng)用遺傳算法，因此最后的目標(biāo)函數(shù)就會越來越收斂為0；因此，可以根據(jù)自己對參數(shù)具體的性能要求設(shè)置一個目標(biāo)函數(shù)的范圍，在一次次迭代時，判斷每次參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)是否在這個范圍內(nèi)，如果在這個范圍內(nèi)，則停止迭代；步驟9.5:將步驟9.1中的5個評價參數(shù)指標(biāo)按照一定的權(quán)重比相加，并且可以在尋優(yōu)的不同時間分段修改各個參數(shù)的權(quán)重，以便達到最佳的尋優(yōu)效果，設(shè)置上升時間的權(quán)重為0.1，設(shè)置超調(diào)量的權(quán)重為0.2，設(shè)置暫態(tài)震蕩次數(shù)的權(quán)重為0.2，設(shè)置暫態(tài)上升時間和穩(wěn)態(tài)上升時間的權(quán)重均為0.2，設(shè)置穩(wěn)態(tài)誤差的權(quán)重為0.3；以上五個評價參數(shù)指標(biāo)按照各自權(quán)重比相加便得到尋優(yōu)使用的目標(biāo)函數(shù)；步驟9.6:終止條件設(shè)置為對目標(biāo)函數(shù)的限制，經(jīng)過幾次不使用目標(biāo)函數(shù)的仿真發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)的參數(shù)解出現(xiàn)時，此時的目標(biāo)函數(shù)小于1，因此，設(shè)置尋優(yōu)終止條件為目標(biāo)函數(shù)小于1；步驟9.7:編寫完整的遺傳算法程序。步驟10：根據(jù)實際永磁同步電機和IGBT參數(shù)，配置SIMULINK永磁同步電機和IGBT仿真模型，實際控制系統(tǒng)中使用一款200W的永磁同步電機，仿真模型中的PMSM電動機設(shè)置和實際控制系統(tǒng)中永磁同步電機參數(shù)相同；仿真模型中的PMSM電動機相數(shù)設(shè)置為3相，反電動勢類型設(shè)置為正弦，電動機轉(zhuǎn)子類型設(shè)置為圓形，機械端輸入設(shè)置為轉(zhuǎn)矩輸入；設(shè)置電動機定子電阻、電機定子電樞電感，電機定子繞組的永磁體磁鏈會自動設(shè)置，電壓常數(shù)也被自動設(shè)置，設(shè)置電動機的轉(zhuǎn)動慣量，設(shè)置電動機的粘滯阻尼，設(shè)置電動機的極對數(shù)，設(shè)置電動機的靜摩擦系數(shù)；逆變器作為整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將母線電壓轉(zhuǎn)化為電機需要的三相電；設(shè)置橋臂數(shù)、電阻、電容為無窮大，根據(jù)實際系統(tǒng)的器件選擇電力電子器件類型、導(dǎo)通電阻，分別設(shè)置正向電壓，最后設(shè)置開通和關(guān)斷時間。步驟11：利用步驟10中對逆變器和永磁同步電機的設(shè)置，完成步驟1到9的計算和設(shè)計，最終構(gòu)建完整永磁同步電機空間矢量算法SIMULINK仿真模型，將各個模塊相互關(guān)聯(lián)設(shè)計為一個整體的控制系統(tǒng)，處理相關(guān)變量。步驟12：經(jīng)過步驟9對遺傳算法程序的設(shè)計，以及步驟11對控制系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計，調(diào)用遺傳算法，采用仿真算法進行參數(shù)尋優(yōu)，設(shè)置迭代次數(shù)后，計算機開始尋優(yōu)計算，計算結(jié)束后，可以獲取控制系統(tǒng)最優(yōu)速度環(huán)和電流環(huán)PID參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明基于一種永磁同步電機控制矢量控制策略，通過對電機、逆變器等器件進行精準(zhǔn)的控制模型設(shè)計，對實際控制系統(tǒng)進行高相似度的仿真，設(shè)計出能夠進行參數(shù)尋優(yōu)的遺傳算法，結(jié)合控制系統(tǒng)的仿真模型，尋優(yōu)得到該控制系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，從而提高控制系統(tǒng)自身的性能；(2)該方法可以針對實際應(yīng)用中多數(shù)永磁同步電機和控制系統(tǒng)，進行參數(shù)尋優(yōu)，而且，參數(shù)的性能明顯優(yōu)于利用工程經(jīng)驗調(diào)試的性能，有效挖掘了參數(shù)對系統(tǒng)的價值；(3)本發(fā)明克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需要人工調(diào)試參數(shù)的缺點，降低了企業(yè)研發(fā)成本，有效提高了控制系統(tǒng)的研發(fā)速度、精度以及可靠性；(4)提高了永磁同步電機控制系統(tǒng)的開發(fā)效率，具有可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。附圖說明圖1是本發(fā)明的SVPWM扇區(qū)計算流程圖；圖2是本發(fā)明的空間矢量作用時間Ta、Tb、Tc計算流程圖；圖3是本發(fā)明PID控制算法流程圖；圖4是本發(fā)明暫態(tài)上升時間計算流程圖；圖5是本發(fā)明超調(diào)量計算流程圖；圖6是本發(fā)明暫態(tài)振蕩次數(shù)計算流程圖；圖7是本發(fā)明穩(wěn)態(tài)誤差計算流程圖；圖8是本發(fā)明算法流程圖；圖9是本發(fā)明控制系統(tǒng)仿真模型圖；圖10是本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)圖。具體實施方式具體實施例1：結(jié)合圖1-圖8，一種永磁同步電機控制系統(tǒng)PID參數(shù)優(yōu)化方法；包括以下幾個步驟：步驟1:根據(jù)實際控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期TC、外環(huán)速度環(huán)控制周期TS、晶振頻率fosc、晶振周期Ts，計算仿真系統(tǒng)的仿真步長T1、電流環(huán)周期TC1和速度環(huán)周期TS1；步驟2:根據(jù)永磁同步電機額定電流、額定轉(zhuǎn)速，進行歸一化計算；步驟3:CLARK變換；步驟4:PARK變換；步驟5:IPARK變換；步驟6:SVPWM設(shè)計；步驟7:PID參數(shù)離散化處理；步驟8:建立控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)；步驟9:遺傳算法設(shè)計；步驟10:配置SIMULINK永磁同步電機和IGBT仿真模型參數(shù)；步驟11:構(gòu)建永磁同步電機空間矢量算法SIMULINK仿真模型；步驟12:進行參數(shù)尋優(yōu)，獲取控制系統(tǒng)速度環(huán)和電流環(huán)PID優(yōu)化參數(shù)。所述步驟1中具體分析及計算如下：由于控制系統(tǒng)本身的復(fù)雜度，以及執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜度很高，一次仿真和計算的數(shù)據(jù)量特別大，這對于控制系統(tǒng)來說是不允許的，但是實際控制系統(tǒng)往往都具有一定的響應(yīng)延時，控制系統(tǒng)響應(yīng)時間往往較長，這就意味著仿真的時間必須較長才能看到控制效果；為了調(diào)節(jié)仿真系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的矛盾，就必須對仿真系統(tǒng)中的仿真步長T1、電流環(huán)周期TC1和速度環(huán)周期TS1進行特殊設(shè)置；在實際應(yīng)用中，實際控制系統(tǒng)有兩個控制周期，包括內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期和外環(huán)速度環(huán)的控制周期，內(nèi)環(huán)電流環(huán)控制周期TC＝66us,外環(huán)速度環(huán)控制周期TS＝264us,實際控制系統(tǒng)的晶振頻率fosc＝150MHz，實際控制系統(tǒng)的晶振周期Ts＝6.6ns，實際控制系統(tǒng)的電流環(huán)的控制周期TC為10000×Ts＝66us，實際控制系統(tǒng)的外環(huán)速度環(huán)周期TS為4倍的實際控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)電流環(huán)周期；考慮到如果將仿真系統(tǒng)的仿真步長T1設(shè)置為6.6ns,仿真系統(tǒng)的電流環(huán)控制周期和速度環(huán)控制周期和實際控制系統(tǒng)的電流環(huán)周期和控制環(huán)周期一樣，會造成巨大的數(shù)據(jù)量，計算復(fù)雜，實際驗證發(fā)現(xiàn)，一次系統(tǒng)仿真就會消耗半個小時，這樣的仿真速度顯然達不到我們的仿真需求。設(shè)置仿真系統(tǒng)中電流環(huán)的控制周期TC1為266us,速度環(huán)的控制周期TS1為1066us,仿真步長T1為0.5us，可以將仿真速度提高75倍；需要注意由于實際控制系統(tǒng)中的PID調(diào)節(jié)器中含有積分單元，實際控制系統(tǒng)中電流環(huán)周期為控制系統(tǒng)晶振周期的1000倍，仿真系統(tǒng)周期修改為控制系統(tǒng)晶振周期的133倍，這樣的設(shè)置會導(dǎo)致PID調(diào)節(jié)器的不同，因此這里將PID調(diào)節(jié)器的積分參數(shù)與倍數(shù)相關(guān)聯(lián)，避免了由于控制系統(tǒng)晶振周期調(diào)整而導(dǎo)致的調(diào)節(jié)器差異。步驟2的相關(guān)分析及計算如下：將關(guān)鍵變量進行歸一化處理是在工程計算和電力系統(tǒng)中常用的一種數(shù)值標(biāo)記方法，用來表示各物理參變量的相對值，簡化運算過程，方便程序調(diào)試及糾錯；歸一化值＝實際值/基準(zhǔn)值，這個值是一種無量綱的量，一個物理量的歸一化值在不同環(huán)境中是不固定的；這里進行歸一化處理的變量有電流環(huán)的電流反饋和電流環(huán)的速度反饋；根據(jù)實際系統(tǒng)中電機的文檔資料可以看出電機額定電流有效值為10A，設(shè)置電流標(biāo)幺時的基準(zhǔn)值為10，電流環(huán)的電流反饋設(shè)置為10以內(nèi)，實際控制系統(tǒng)中的電流經(jīng)過AD采樣后進行基準(zhǔn)值為10的歸一化處理，保證控制系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)良好的對稱性；實際控制系統(tǒng)中的永磁同步電機額定轉(zhuǎn)速為3000RPM，設(shè)置電流環(huán)的速度反饋的基準(zhǔn)值為3000，設(shè)置目標(biāo)速度基準(zhǔn)值為3000的歸一化處理；經(jīng)過以上的變量歸一化處理，仿真系統(tǒng)的輸入變量的范圍設(shè)置在0～1之間，內(nèi)部的坐標(biāo)運算單元輸入數(shù)據(jù)的范圍設(shè)置在0～1之間，同樣設(shè)置PID調(diào)節(jié)器的輸出限幅為±1，就使得計算更加方便，易于進行計算和結(jié)果的分析比較。步驟3的相關(guān)分析及計算如下：永磁同步電機的控制系統(tǒng)中需要進行一系列坐標(biāo)變換，在常規(guī)控制系統(tǒng)中，坐標(biāo)變換可以通過程序?qū)崿F(xiàn)也可以通過專業(yè)的芯片實現(xiàn)，這里仿真通過Simulink平臺搭建，這些數(shù)學(xué)運算可以通過Matlab程序來實現(xiàn)。Clark變換將一個三相坐標(biāo)系統(tǒng)變換到靜止的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中，從物理意義上講，就是將電機ABC三相電壓等效到另外一個靜止坐標(biāo)系中去，如公式(1)所示：VsαVsβ=10323VANVBN---(1)]]>其中，VAN、VBN分別指電機ABC三相中的AB兩相的電壓瞬時值，VSα、Vsβ分別指變換后的α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量值。步驟4的相關(guān)分析及計算如下：PARK變換同樣是一個坐標(biāo)變換，將靜止的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)變換為一個轉(zhuǎn)動的d、q軸坐標(biāo)系統(tǒng)中，從物理意義上講，就是結(jié)合步驟3中的坐標(biāo)變換將電機三相電流投影、等效到d、q軸坐標(biāo)系統(tǒng)中去，如公式(2)所示：uduq=cosθsinθ-sinθcosθuαuβ---(2)]]>其中，uα、uβ分別指步驟3中公式(1)通過CLARK變換得到的兩相α、β坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量，即VSα、VSβ；這里的ud、uq分別指PARK變換后的d、q坐標(biāo)系統(tǒng)中的電壓矢量；步驟5的相關(guān)分析及計算如下：IPARK變換將轉(zhuǎn)子的2軸電流矢量變換到定子的三相電流矢量中去，如公式(3)所示：uαuβ=cosθ-sinθsinθcosθuduq---(3)]]>步驟6：SVPWM設(shè)計，SVPWM是整個矢量控制的關(guān)鍵，具體包括以下幾個步驟，步驟6.1：根據(jù)當(dāng)前電機定子中的三相電流來確定矢量所處扇區(qū)seca，在進行矢量控制時，首先確定當(dāng)前控制矢量的位置，再通過當(dāng)前矢量位置控制指令確定下一時刻中電機三相線圈中的電流信號；考慮到算法比較復(fù)雜，在計算時包含很多中間計算過程，同時含有很多中間變量，其中Va、Vb、Vc就是其中的三個電壓控制矢量中間變量；首先默認(rèn)seca為0，根據(jù)步驟5中計算出的uα和uβ，計算電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，計算公式如(4)所示：Va=UbetaVb=(-0.5*Ubeta+0.8660254*Ualpha)Vc=(-0.5*Ubeta-0.8660254*Ualpha)---(4)]]>式中，Ualpha和Ubeta分別對應(yīng)公式(3)中的uα和uβ。然后將這三個電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc和0分別作比較，當(dāng)Va>0時，seca置數(shù)為1，當(dāng)Va≤0時，執(zhí)行Vb>0的比較；當(dāng)Vb>0時，在seca原有數(shù)值的基礎(chǔ)上將加一，當(dāng)Vb≤0時，執(zhí)行Vc>0的比較；當(dāng)Vc>0時，就在Vc原有數(shù)數(shù)值的基礎(chǔ)上加4，當(dāng)Vc≤0時，結(jié)束；步驟6.2：根據(jù)步驟6.1中扇區(qū)seca和電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，確定電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc的作用時間Ta、Tb、Tc，矢量控制的核心就在于這部分，實質(zhì)是一種對在三相正弦波中加入了兩個零矢量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形SPWM；SVPWM的調(diào)制過程是在空間實現(xiàn)的，沒有明確的線電壓調(diào)制波，SPWM是在ABC坐標(biāo)系下分相實現(xiàn)的；根據(jù)步驟6.1中計算出的扇區(qū)位置信息，電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc，會有不同的作用時間Ta、Tb、Tc；根據(jù)扇區(qū)seca的數(shù)值，分別計算電壓控制矢量中間變量Va、Vb、Vc的三個作用時間Ta、Tb、Tc；當(dāng)seca＝0時，根據(jù)公式(5)計算Ta、Tb、Tc時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc，且結(jié)束計算；當(dāng)seca≠0時，執(zhí)行seca＝1，根據(jù)公式(5)計算Ta、Tb、Tc的時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc且結(jié)束計算；當(dāng)seca≠1時，執(zhí)行seca＝2，計算Ta、Tb、Tc的時間，此時間即為三個作用時間Ta、Tb、Tc且結(jié)束計算；以此類推，執(zhí)行到當(dāng)seca＝5時，計算Ta、Tb、Tc時間，結(jié)束；t1=Vct2=VbTb=0.5*(1.0-t1-t2)Ta=Tb+t1Tc=Ta+t2Ta=(Ta*NUB/8)Tb=(Tb*NUB/8)Tc=(Tc*NUB/8)---(5)]]>其中，NUB為速度環(huán)控制周期時間，t1、t2分別為兩個中間變量；當(dāng)seca為其它數(shù)值時，按照SVPWM的算法即可計算出時間Ta、Tb、Tc；其中SVPWM算法為現(xiàn)有算法，其中公式均可在相關(guān)資料中找到。步驟6.3:根據(jù)步驟6.2中計算出的三個作用時間Ta、Tb、Tc生成控制逆變器的六路PWM矢量控制信號；首先將三個作用時間Ta、Tb、Tc分別與一個三角波進行滯回比較，產(chǎn)生三路PWM矢量控制信號，然后將三路PWM矢量控制信號反相，又生成三路PWM矢量控制信號，共產(chǎn)生六路PWM矢量控制信號，六路PWM矢量控制信號分別為：U_true、U_false、V_true、V_false、W_true、W_false，其中六路PWM矢量控制信號分為三組，每組PWM矢量控制信號中的兩個PWM矢量控制信號相反，作用于一組橋臂中的上下兩個橋臂，從而，生成的六路PWM矢量控制信號分別作為逆變器的六個開關(guān)信號；通過這六路PWM矢量控制信號可以控制逆變器從而控制永磁同步電機。步驟7的具體分析如下：使用matlab語言實現(xiàn)離散化的PID調(diào)節(jié)器；考慮到利用Matlab語言實現(xiàn)的PID調(diào)節(jié)器無法單獨實現(xiàn)歷史值的保存，所以利用Simulink中的Memory模塊進行上一次歷史值的保存，在下一次計算時將上一次歷史值重新輸入，在第一次PID計算時設(shè)置所有輸入均為零，設(shè)置保存的變量有：歷史誤差(spd_old_SatErr)、歷史輸出(spd_old_Out)、歷史輸入(spd_old_Ui)；具體為：首先更新控制系統(tǒng)周期，然后根據(jù)PID的計算公式來計算此時的PID輸出值，對PID的輸出值進行限幅操作，防止過大的控制信號所造成的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，最后，將計算的中間變量和輸出值進行保存，以便下一次的PID計算，至此，PID的參數(shù)離散化處理結(jié)束。所述步驟8：在對整個控制系統(tǒng)的控制效果進行評價時，常規(guī)的方法是觀看電機的電流環(huán)響應(yīng)、速度環(huán)響應(yīng)以及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，直觀的觀看無法進行細(xì)致的效果評價，當(dāng)單個參量調(diào)整后，無法具體量化和評價該參量改變后的控制效果變化；建立有效的控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)，以此進行下一步控制參數(shù)優(yōu)化和系統(tǒng)調(diào)整，具體的控制系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)包含以下幾個步驟:步驟8.1:控制系統(tǒng)中將轉(zhuǎn)速作為主要性能指標(biāo)，設(shè)置五個評價參數(shù)指標(biāo)均與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)，設(shè)置暫態(tài)上升時間用來觀察控制系統(tǒng)的快速機動能力；穩(wěn)態(tài)上升時間可以評價系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性；當(dāng)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速的2％時即控制系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)；設(shè)置控制系統(tǒng)超調(diào)量和暫態(tài)振蕩次數(shù)，用來評價整個控制系統(tǒng)的抗干擾情況；設(shè)置系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，用來評價控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，當(dāng)控制系統(tǒng)進入2％的穩(wěn)態(tài)范圍內(nèi)后，會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)震蕩，這個震蕩幅度是控制系統(tǒng)中一個非常重要的參數(shù)指標(biāo)；步驟8.2:設(shè)置暫態(tài)上升時間(risetime)用Matlab語言實現(xiàn)；暫態(tài)上升時間是指從控制系統(tǒng)工作開始到實際電機轉(zhuǎn)速為目標(biāo)轉(zhuǎn)速的95％時所消耗的時間；首先將暫態(tài)上升時間賦值為控制系統(tǒng)運行時間,按照時間從前往后的順序進行順序查詢，實際轉(zhuǎn)速是從0開始逐漸增加，此時判斷轉(zhuǎn)速是否到達目標(biāo)轉(zhuǎn)速95％的范圍內(nèi)，如果沒有達到，保存當(dāng)前時間點，繼續(xù)判斷，當(dāng)實際轉(zhuǎn)速到達目標(biāo)轉(zhuǎn)速95％的范圍時，即確定此時的時間為暫態(tài)上升時間(risetime)。步驟8.3:設(shè)置超調(diào)量(overshot)用Matlab語言實現(xiàn)；超調(diào)量＝(實際最大轉(zhuǎn)速-目標(biāo)轉(zhuǎn)速)/目標(biāo)轉(zhuǎn)速×100％；首先將實際最大轉(zhuǎn)速賦值為第一個速度采樣值，然后依次時間順序比較上一個時刻的速度采樣值和當(dāng)前時刻的速度采樣值，在當(dāng)前速度采樣值大于上一時刻的速度采樣值時，保存當(dāng)前速度采樣值，在當(dāng)前速度采樣值小于等于上一時刻的速度采樣值時，繼續(xù)時間順序比較，通過順序的迭代比較，最終找出最大的速度采樣值，最后通過超調(diào)量公式計算出相應(yīng)的超調(diào)量；步驟8.4:設(shè)置暫態(tài)振蕩次數(shù)(oscnum)用Matlab語言實現(xiàn)，暫態(tài)振蕩次數(shù)用來表示控制系統(tǒng)從暫態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)時控制系統(tǒng)所經(jīng)歷的震蕩狀態(tài)，震蕩的次數(shù)是評價整個控制系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)控制性能的最重要的一個指標(biāo)；首先將暫態(tài)振蕩次數(shù)賦值為0，然后，當(dāng)控制系統(tǒng)進入暫態(tài)以后，依照時間順序進行順序查詢，并判定此時的實際轉(zhuǎn)速是否超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速5％范圍，如果實際轉(zhuǎn)速超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的5％范圍并回落一次，此時判斷出系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)一次震蕩；如果實際轉(zhuǎn)速未超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的5％范圍，則繼續(xù)時間順序查詢，這樣通過在暫態(tài)范圍內(nèi)的反復(fù)判斷，震蕩次數(shù)累加，最終得到系統(tǒng)的暫態(tài)振蕩次數(shù)；步驟8.5:設(shè)置穩(wěn)態(tài)上升時間(transtime)用Matlab語言實現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)上升時間是指控制系統(tǒng)從啟動開始，一直到控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時所消耗的時間，當(dāng)實際電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％時，判斷此時的時間為穩(wěn)態(tài)上升時間；穩(wěn)態(tài)上升時間不同于暫態(tài)上升時間反映電機的快速機動性，穩(wěn)態(tài)上升時間可以評價系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)上升時間這個參數(shù)的提高需要整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高效設(shè)計以及敏感參量的調(diào)整優(yōu)化；步驟8.6:設(shè)置穩(wěn)態(tài)誤差(stateerror)用Matlab語言實現(xiàn)；穩(wěn)態(tài)誤差代表了系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后的振動情況，分布在整個頻帶，如果持續(xù)時間長或者較幅度較大的話，會降低整個系統(tǒng)的使用壽命，系統(tǒng)硬件的負(fù)載會增加，故障率會增加，系統(tǒng)可靠性降低；首先將穩(wěn)態(tài)誤差賦值為速度反饋的最大值，然后根據(jù)時間順序從后往前查詢，依次判斷速度反饋是否超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％，當(dāng)速度反饋超出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的±2％時，則上一個時刻的速度反饋即為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度范圍，這樣就確定了系統(tǒng)整體的穩(wěn)態(tài)速度范圍，然后在這個穩(wěn)態(tài)速度范圍內(nèi)，求得轉(zhuǎn)速的平均值即為穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速均值，利用這個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速均值和目標(biāo)轉(zhuǎn)速進行取絕對值的差值計算，再除以目標(biāo)速度就獲得了穩(wěn)態(tài)誤差；所述步驟8.3、步驟8.4、步驟8.5、須在控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后才能計算，當(dāng)控制系統(tǒng)未達不到穩(wěn)態(tài)時，設(shè)置超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差均為1，設(shè)置暫態(tài)震蕩次數(shù)為1，這樣的設(shè)置覆蓋了所有的控制系統(tǒng)響應(yīng)，保證了系統(tǒng)參數(shù)評價函數(shù)在任何響應(yīng)下均能對當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)做出最客觀有效的評價，以便進行有效的系統(tǒng)及參量調(diào)整。步驟9:采用Matlab語言設(shè)計遺傳算法；為了進一步挖掘仿真系統(tǒng)的價值，設(shè)計遺傳算法利用仿真環(huán)境進行PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，采用現(xiàn)有成熟的遺傳算法來進行參數(shù)整定可以節(jié)省大量的人力物力，有效提高系統(tǒng)研發(fā)效率，具體包括以下幾個步驟：步驟9.1:遺傳算法中的個體評價參數(shù)指標(biāo)設(shè)置遺傳算法需要根據(jù)完善的個體評價參數(shù)指標(biāo)設(shè)置來判斷此個體的環(huán)境適應(yīng)性，根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性來引導(dǎo)進行下一步的參數(shù)變異方向，縮小目標(biāo)解的范圍,在步驟8中的五個評價參數(shù)指標(biāo)，分別為暫態(tài)上升時間、穩(wěn)態(tài)上升時間、暫態(tài)震蕩次數(shù)、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差，這時候沒有確定的目標(biāo)參數(shù)范圍，參數(shù)尋優(yōu)范圍較大，尋優(yōu)迭代次數(shù)多，加上暫態(tài)上升時間后，會導(dǎo)致響應(yīng)畸形出現(xiàn)，在后期縮小目標(biāo)參數(shù)范圍后將暫態(tài)上升時間加入評價函數(shù)中去，使得變異方向更加準(zhǔn)確；步驟9.2:遺傳算法隨著進化的進行，其選擇率、交叉算子、變異率是動態(tài)改變的，通過分析系統(tǒng)要求，按照遺傳算法的相關(guān)規(guī)則，確定遺傳算法中一些具體參數(shù)的范圍，比如種群中的個體個數(shù)，遺傳率，變異等。步驟9.3:遺傳算法中的一次參數(shù)尋優(yōu)是在一個種群中進行的，種群的個數(shù)決定了最優(yōu)解的范圍以及染色體維度，當(dāng)染色體維度很高時，遺傳算法很難找到較好的解；考慮到最開始生成的初始種群適應(yīng)度極其低，個體之間差異不大，對于染色體維度為10的數(shù)據(jù)，在進化初期靠在一個種群中交叉進行全局搜索來搜尋較優(yōu)的個體，這里限定一個種群中的個體個數(shù)為50；步驟9.4:考慮到無法具體界定問題是否得到最優(yōu)解，設(shè)置迭代次數(shù)為100；根據(jù)控制系統(tǒng)評價參數(shù)指標(biāo)，選擇速度的暫態(tài)震蕩次數(shù)、超調(diào)量、暫態(tài)上升時間、穩(wěn)態(tài)上升時間和穩(wěn)態(tài)誤差，根據(jù)這5個評價參數(shù)指標(biāo)的加權(quán)平均，得到目標(biāo)函數(shù)，考慮到應(yīng)用遺傳算法，因此最后的目標(biāo)函數(shù)就會越來越收斂為0；因此，可以根據(jù)自己對參數(shù)具體的性能要求設(shè)置一個目標(biāo)函數(shù)的范圍，在一次次迭代時，判斷每次參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)是否在這個范圍內(nèi)，如果在這個范圍內(nèi)，則停止迭代；步驟9.5:將步驟9.1中的5個評價參數(shù)指標(biāo)按照一定的權(quán)重比相加，并且可以在尋優(yōu)的不同時間分段修改各個參數(shù)的權(quán)重，以便達到最佳的尋優(yōu)效果，設(shè)置上升時間的權(quán)重為0.1，設(shè)置超調(diào)量的權(quán)重為0.2，設(shè)置暫態(tài)震蕩次數(shù)的權(quán)重為0.2，設(shè)置暫態(tài)上升時間和穩(wěn)態(tài)上升時間的權(quán)重均為0.2，設(shè)置穩(wěn)態(tài)誤差的權(quán)重為0.3；以上五個評價參數(shù)指標(biāo)按照各自權(quán)重比相加便得到尋優(yōu)使用的目標(biāo)函數(shù)；步驟9.6:終止條件設(shè)置為對目標(biāo)函數(shù)的限制，經(jīng)過幾次不使用目標(biāo)函數(shù)的仿真發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)的參數(shù)解出現(xiàn)時，此時的目標(biāo)函數(shù)小于1，因此，設(shè)置尋優(yōu)終止條件為目標(biāo)函數(shù)小于1；步驟9.7:編寫完整的遺傳算法程序。所述步驟10：根據(jù)實際永磁同步電機和IGBT參數(shù)，配置SIMULINK永磁同步電機和IGBT仿真模型，實際控制系統(tǒng)中使用一款200W的永磁同步電機，仿真模型中的PMSM電動機設(shè)置和實際控制系統(tǒng)中永磁同步電機參數(shù)相同；仿真模型中的PMSM電動機相數(shù)設(shè)置為3相，反電動勢類型設(shè)置為正弦，電動機轉(zhuǎn)子類型設(shè)置為圓形，機械端輸入設(shè)置為轉(zhuǎn)矩輸入；設(shè)置電動機定子電阻、電機定子電樞電感，電機定子繞組的永磁體磁鏈會自動設(shè)置，電壓常數(shù)也被自動設(shè)置，設(shè)置電動機的轉(zhuǎn)動慣量，設(shè)置電動機的粘滯阻尼，設(shè)置電動機的極對數(shù)，設(shè)置電動機的靜摩擦系數(shù)；逆變器作為整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將母線電壓轉(zhuǎn)化為電機需要的三相電；設(shè)置橋臂數(shù)、電阻、電容為無窮大，根據(jù)實際系統(tǒng)的器件選擇電力電子器件類型、導(dǎo)通電阻，分別設(shè)置正向電壓，最后設(shè)置開通和關(guān)斷時間。所述步驟11：利用步驟10中對逆變器和永磁同步電機的設(shè)置，完成步驟1到9的計算和設(shè)計，最終構(gòu)建完整永磁同步電機空間矢量算法SIMULINK仿真模型，將各個模塊相互關(guān)聯(lián)設(shè)計為一個整體的控制系統(tǒng)，處理相關(guān)變量。步驟12：經(jīng)過步驟9對遺傳算法程序的設(shè)計，以及步驟11對控制系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計，調(diào)用遺傳算法，采用仿真算法進行參數(shù)尋優(yōu)，設(shè)置迭代次數(shù)后，計算機開始尋優(yōu)計算，計算結(jié)束后，可以獲取控制系統(tǒng)最優(yōu)速度環(huán)和電流環(huán)PID參數(shù)。結(jié)合圖8為本發(fā)明的程序流程圖，由于本發(fā)明中永磁同步電機的控制策略采用的是矢量控制策略；在程序開始之后，首先定義并進行說明，然后計算控制周期，接著進行相應(yīng)的速度環(huán)、電流環(huán)的入口參數(shù)加載及計算，接著判定是否到達速度控制周期，如果到達速度控制周期，則進行反饋速度的計算，具體包括速度PID的計算，接著進行PID調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)更新輸出；如果沒有到達控制周期，則輸出上次更新值。接著進行電流環(huán)的控制周期計算，如果時間夠一個周期，則進行相應(yīng)的計算和控制量的輸出，包括一些坐標(biāo)變換和SVPWM的扇區(qū)計算，最后計算出三個控制時間信號Ta、Tb、Tc。如果此時沒有到達電流的控制周期，則輸出上次的更新值；根據(jù)電流環(huán)的輸出更新或者輸出保持，這樣就得到了此時的三個控制時間Ta、Tb、Tc，接著進行六路PWM信號的計算輸出，六路控制信號直接作用于逆變器的六個橋臂；最后進行基礎(chǔ)的時鐘更新，至此整個流程結(jié)束。結(jié)合圖9為本發(fā)明中永磁同步電機控制系統(tǒng)的模型仿真圖，整個控制系統(tǒng)模型建立在Matlab8.5/Simulink環(huán)境下，圖中包含有永磁同步電機，逆變器，核心控制程序模塊，示波器等模塊。結(jié)合圖10為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，本發(fā)明主要包含兩部分內(nèi)容，遺傳算法模塊和電機控制系統(tǒng)模型，遺傳算法模塊主要包含對速度信號的響應(yīng)與處理和控制參數(shù)尋優(yōu)算法兩部分，電機控制系統(tǒng)模型即為圖9的模型。具體實施例2：具體實施例2：本發(fā)明基于一種永磁同步電機控制系統(tǒng)PID參數(shù)優(yōu)化方法，用戶可以根據(jù)自己的控制系統(tǒng)的電機、逆變器設(shè)置仿真環(huán)境中的器件，根據(jù)自己控制程序中的相關(guān)配置，設(shè)置仿真系統(tǒng)中的相關(guān)配置選項，同時修改相關(guān)的參數(shù)范圍，接下來就可以使用本發(fā)明來進行控制參數(shù)的整定與尋優(yōu)，最后將仿真環(huán)境中的參數(shù)配置應(yīng)用到自己實際的控制系統(tǒng)中去。仿真環(huán)境配置及設(shè)置如下：Windows10x64操作系統(tǒng)；Intel(R)Core(TM)i5-3230M處理器為；8G內(nèi)存；仿真軟件使用MathWorks公司的Matlab8.5，包含其中的Simulink模塊。實際控制系統(tǒng)配置如下：基于DSP的主控制電路，大功率電源模塊，基于IGBT的逆變電路模塊，高精度電流采集傳感器，上位機軟件。用戶在建立了實際的永磁同步電機控制系統(tǒng)后，根據(jù)實際永磁同步電機控制系統(tǒng)的特征對仿真系統(tǒng)進行設(shè)置便可以進行參數(shù)尋優(yōu)操作，按照如下操作步驟進行便可：步驟A：查看實際永磁同步電機控制系統(tǒng)的具體設(shè)置，確定仿真環(huán)境需求，具體的仿真環(huán)境需求包括需要得到的控制器參數(shù)，例如是否需要電流環(huán)的控制參數(shù)等。步驟B：根據(jù)永磁同步電機資料確定仿真環(huán)境中永磁同步電機參數(shù)；例如電機的額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、極對數(shù)、定子電阻和定子電感等詳細(xì)的電機設(shè)計參數(shù)；通過這些參數(shù)，進而對控制系統(tǒng)模型中的電機模型進行設(shè)置。步驟C：根據(jù)實際永磁同步電機系統(tǒng)中的逆變器資料確定仿真環(huán)境中的逆變器配置信息，具體包括導(dǎo)通電阻，上升時間，下降時間等參數(shù)信息。步驟D：檢查永磁同步電機控制器中的程序設(shè)置，包括電流環(huán)控制周期、速度環(huán)控制周期,PID控制器類型，根據(jù)這些數(shù)據(jù)配置仿真環(huán)境中模塊的輸入采樣頻率，設(shè)置示波器的數(shù)據(jù)保存長度。步驟E：查看實際系統(tǒng)中電機相電流大小，AD采樣設(shè)置，電機角度反饋等數(shù)據(jù)，對仿真系統(tǒng)進行標(biāo)幺處理，標(biāo)幺處理的數(shù)值根據(jù)實際情況而定，原則就是電流標(biāo)幺的數(shù)值為電機相電流的額定數(shù)值，AD采樣根據(jù)實際系統(tǒng)中的AD模塊進行AD模塊的位數(shù)設(shè)定，電機角度的反饋根據(jù)電機的極對數(shù)的不同，配置不同的機械角到電角度的變換關(guān)系。步驟F：根據(jù)實際控制系統(tǒng)的需求，配置遺傳算法中的個體個數(shù)，染色體個數(shù)，迭代次數(shù)，其中的具體個數(shù)根據(jù)控制系統(tǒng)和尋優(yōu)參數(shù)的不同會有很大差異，具體的數(shù)值可以參考成熟遺傳算法中的具體設(shè)置。步驟G：根據(jù)實際永磁同步電機系統(tǒng)確定尋優(yōu)參數(shù)的最優(yōu)解范圍，這個范圍屬于用戶自定義的一個范圍，由于不同控制系統(tǒng)的性能要求不同，沒有統(tǒng)一的范圍要求，即如果用戶確定此控制系統(tǒng)最終所需參數(shù)的具體指標(biāo)，計算出響應(yīng)的控制系統(tǒng)性能范圍，若這個范圍可以確定，則跳至步驟I,否則繼續(xù)步驟H。步驟H：如果不能確定尋優(yōu)參數(shù)的最優(yōu)解范圍，在遺傳算法程序中設(shè)置目標(biāo)參數(shù)范圍，這些參數(shù)的范圍沒有一個統(tǒng)一的限定，因為每個系統(tǒng)的PID參數(shù)都有很大差異，用戶可以通過自己控制系統(tǒng)的特征來進行相應(yīng)的參數(shù)范圍設(shè)定；區(qū)間設(shè)置較大，則目標(biāo)參數(shù)范圍較大，設(shè)置遺傳算法中的迭代次數(shù)大于150次，不設(shè)終止條件。步驟I：如果可以確定目標(biāo)參數(shù)的最優(yōu)解范圍，則根據(jù)這個范圍設(shè)置種群的范圍一般范圍可以設(shè)定為50，但是用戶最好根據(jù)成熟遺傳算法的相關(guān)設(shè)定來設(shè)置種群的范圍，注意這個范圍的設(shè)定一定得非常準(zhǔn)確，否則會造成后邊的參數(shù)尋優(yōu)失?。徊襟EJ:根據(jù)自己需求設(shè)計參數(shù)的響應(yīng)指標(biāo)：包括暫態(tài)上升時間，暫態(tài)振蕩次數(shù)，穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時間，超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)誤差這些參數(shù)，包括目標(biāo)解的范圍，如果目標(biāo)參數(shù)的范圍可估計，則這個值也可大致估計。步驟K:根據(jù)步驟J確定的目標(biāo)范圍和各個性能指標(biāo)設(shè)計尋優(yōu)終止條件。經(jīng)過這些步驟的設(shè)置，整個仿真環(huán)境的設(shè)計就基本結(jié)束，如果條件允許，下一步可以使用針對實際控制系統(tǒng)控制效果較好的參數(shù)，運用到仿真系統(tǒng)中去，以此檢驗仿真系統(tǒng)的可靠性。步驟L:啟動遺傳算法，開始參數(shù)尋優(yōu)。步驟M:當(dāng)尋優(yōu)結(jié)束后，查看目標(biāo)函數(shù)經(jīng)過屢次迭代后的變化趨勢，如果目標(biāo)解收斂并且變得很小，則尋優(yōu)成功，將目標(biāo)參數(shù)運用至實際系統(tǒng)即可；如果參數(shù)不符合預(yù)期，則返回檢查步驟H或者步驟I,重新開始尋優(yōu)即可。表1環(huán)境設(shè)置具體設(shè)置仿真步長5.00E-07仿真時間0.4s求解器類型Fixedstep輸出數(shù)據(jù)限制800000數(shù)據(jù)類型double系統(tǒng)采樣時間inherited遺傳算法設(shè)置具體設(shè)置種群個體個數(shù)50染色體個數(shù)10迭代次數(shù)150速度環(huán)P值范圍0到1速度環(huán)D值范圍0到100電流環(huán)P值范圍0到10電流環(huán)D值范圍0到100示波器數(shù)據(jù)限制不限制電動機設(shè)置具體設(shè)置Numberofphases3BackEMFwaveformSinusoidalRotortypeRoundMechanicalinputTorqueTmStatorphaseresistanceRs(ohm)0.2StatorphaseInductanceLs(H)0.0045MachineconstantTorqueConstant(N.m/A_peak)Inertia(J(kg.m^2)0.00001814viscousdamping(F(N.m.s))0.0002024polepairs4staticfriction(F(N.m))0Rotorfluxpositionwhentheta＝0originalPark表1中包含所有的環(huán)境設(shè)置，其中設(shè)置范圍為具體實施例中根據(jù)依次步驟得到具體設(shè)置。表2表2為兩臺電機的具體參數(shù)。表3表3尋優(yōu)參數(shù)及性能比較，表3為利用表2中的兩臺電機在實際系統(tǒng)中的參數(shù)測試結(jié)果，其中A型電機的環(huán)境設(shè)定為表1所示，B型電機的環(huán)境設(shè)定根據(jù)juice實施例設(shè)定即可；其中的經(jīng)驗法參數(shù)為工程人員利用經(jīng)驗調(diào)試出的PID參數(shù)，尋優(yōu)法為利用本發(fā)明方法得到的PID參數(shù)，測試轉(zhuǎn)速設(shè)置為1000RPM；除此之外表3尋優(yōu)參數(shù)及性能比較統(tǒng)計了經(jīng)驗法和尋優(yōu)法在實際系統(tǒng)中的試驗性能，結(jié)果表明，尋優(yōu)法得到的參數(shù)在實際試驗中的效果明顯優(yōu)于經(jīng)驗參數(shù)的效果，進一步證明了本發(fā)明的價值和實用性。當(dāng)前第1頁1 2 3