本技術(shù)屬于直線電機(jī)控制相關(guān)，更具體地，涉及一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、直線感應(yīng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可直接產(chǎn)生沿運(yùn)動(dòng)方向電磁推力，具有加減速快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是直線地鐵、中低速磁浮等應(yīng)用的核心裝備。然而，因初級(jí)鐵芯開斷，直線感應(yīng)電機(jī)在運(yùn)行過程中面臨嚴(yán)重的端部效應(yīng)，導(dǎo)致電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)隨速度增加而迅速衰減，嚴(yán)重削弱電機(jī)輸出推力和輸出功率等，進(jìn)而大幅降低電機(jī)運(yùn)行效率。以城軌交通應(yīng)用為例，長期運(yùn)營數(shù)據(jù)表明：直線感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行效率普遍不超過75％，嚴(yán)重制約其大規(guī)模應(yīng)用。

2、為此，現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)提出了效率優(yōu)化控制方法，例如，中國專利申請cn116885998a提出了一種基于模型預(yù)測的三電平直線感應(yīng)電機(jī)效率優(yōu)化方法及系統(tǒng)，該專利申請直接通過直線電機(jī)感應(yīng)損耗模型計(jì)算參考初級(jí)磁鏈幅值，通過模型計(jì)算參考初級(jí)磁鏈幅值存在的問題在于，一方面，模型計(jì)算需要引入電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)，但是因?yàn)殡姍C(jī)關(guān)鍵參數(shù)隨速度增加而迅速衰減，所以所引入的電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)并不準(zhǔn)確，另一方面，模型計(jì)算也沒有考慮電機(jī)諧波損耗及逆變器損耗。因此，通過模型計(jì)算的方法獲取參考初級(jí)磁鏈幅值，與系統(tǒng)效率最優(yōu)對(duì)應(yīng)的初級(jí)磁鏈存在一定差異，系統(tǒng)魯棒性和系統(tǒng)運(yùn)行效率有待進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本技術(shù)提供了一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，其目的在于提供一種新的方法獲取參考初級(jí)磁鏈幅值，避免模型計(jì)算導(dǎo)致的誤差，構(gòu)建擾動(dòng)觀測器觀測系統(tǒng)總擾動(dòng)，提高磁鏈控制的準(zhǔn)確度，從而提高系統(tǒng)魯棒性和系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本技術(shù)的第一個(gè)方面，提供了一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制方法，其包括：

3、獲取當(dāng)前第k周期內(nèi)的直線感應(yīng)電機(jī)的相電流和速度結(jié)合速度和上一周期確定的最優(yōu)電壓矢量得到當(dāng)前的電機(jī)推力fek和初級(jí)磁鏈

4、根據(jù)直線感應(yīng)電機(jī)的等效數(shù)學(xué)模型計(jì)算在速度和推力fek下電機(jī)損耗最小的最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值

5、根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)確定第k+1周期的參考初級(jí)磁鏈幅值

6、當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于動(dòng)態(tài)時(shí)：

7、當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于從動(dòng)態(tài)恢復(fù)的首個(gè)穩(wěn)態(tài)周期時(shí)：第k周期的微調(diào)步長δk為預(yù)設(shè)上限δmax，根據(jù)第k周期的梯度方向?qū)ξ⒄{(diào)得到當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于連續(xù)穩(wěn)態(tài)的非首個(gè)穩(wěn)態(tài)周期時(shí)：若δk-1小于預(yù)設(shè)下限否則，調(diào)節(jié)δk-1得到δk，步長調(diào)節(jié)策略為使連續(xù)穩(wěn)態(tài)周期的微調(diào)步長呈下降趨勢變化直至低于δmin，根據(jù)第k周期的梯度方向?qū)ξ⒄{(diào)得到當(dāng)梯度方向?yàn)檎龝r(shí)，微調(diào)為減去δk，當(dāng)梯度方向?yàn)樨?fù)時(shí)，微調(diào)為疊加δk；其中，當(dāng)?shù)趉周期相對(duì)于前一周期的直流母線電流的變化方向與參考初級(jí)磁鏈幅值的變化方向一致，第k周期的梯度方向?yàn)檎駝t，梯度方向?yàn)樨?fù)；

8、將fek、和速度pi控制器產(chǎn)生的推力參考值輸入?yún)⒖汲跫?jí)磁鏈?zhǔn)噶堪l(fā)生器，輸出第k+1周期的參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶?/p>

9、確定價(jià)值函數(shù)評(píng)價(jià)參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶康母櫺阅芤约伴_關(guān)頻率，以價(jià)值函數(shù)最小為目標(biāo)確定第k+1周期的最優(yōu)電壓矢量

10、根據(jù)最優(yōu)電壓矢量產(chǎn)生三相橋臂脈沖作用于逆變器相應(yīng)橋臂。

11、在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)δk-1得到δk，包括：

12、當(dāng)?shù)趉、k-1周期的梯度方向相同時(shí)，δk＝δk-1；

13、當(dāng)?shù)趉、k-1周期的梯度方向相反時(shí)，減小δk-1作為δk。

14、在一些實(shí)施例中，減小δk-1作為δk，包括：

15、在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)所使用的逆變器為npc型三電平逆變器，獲取直流母線電流，包括：通過根據(jù)電機(jī)相電流和第k周期逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行電流重構(gòu)，得到第k周期的逆變器直流母線電流idc，重構(gòu)公式為：

16、

17、式中，idcx(x＝a,b,c)為逆變器x相上橋臂功率器件流過的電流，ix為電機(jī)x相的相電流，ic1、c為直流母線正極與中性點(diǎn)間電容的電流和電容容值，ts為周期時(shí)長，為第k周期的直流母線正極與中性點(diǎn)間電容的電壓。

18、在一些實(shí)施例中，最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值的計(jì)算公式為：

19、

20、

21、

22、式中，為最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值，r1、l1分別為初級(jí)電阻和初級(jí)電感，k'＝(r1+rc)/rc，ω2為當(dāng)前次級(jí)角速度，rc為鐵損電阻，lmeq＝kxcxlm0和r2eq＝krcrr20分別為采用端部效應(yīng)校正系數(shù)修正后的等效勵(lì)磁電感和次級(jí)電阻，kx、kr和cx、cr為校正系數(shù)，反映端部效應(yīng)對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電感和次級(jí)電阻的影響，lm0和r20為電機(jī)靜止時(shí)的勵(lì)磁電感和次級(jí)電阻值，σ＝1-fe為當(dāng)前電機(jī)推力，τ為直線感應(yīng)電機(jī)極距。

23、在一些實(shí)施例中，價(jià)值函數(shù)等效表示為：

24、

25、

26、

27、式中，j1為等效的價(jià)值函數(shù)；

28、u*為參考電壓矢量，uopt_αβ為上一周期確定的最優(yōu)電壓矢量，λsw＝kf/ts2，ts為周期時(shí)長，kf為開關(guān)頻率調(diào)節(jié)因子；

29、為基于無差拍原理計(jì)算的能實(shí)現(xiàn)磁鏈完全跟蹤參考值時(shí)對(duì)應(yīng)的參考電壓矢量，和分別為通過擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器獲取的第k+1周期的初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶亢拖到y(tǒng)擾動(dòng)的觀測值；

30、其中，擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器表示為：

31、

32、式中，為第k周期的初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶坑^測值與實(shí)際值的偏差，β1和β2為誤差反饋增益系數(shù)。

33、在一些實(shí)施例中，參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶堪l(fā)生器的處理過程包括：

34、獲取參考初級(jí)磁鏈幅值電機(jī)推力fek、速度初級(jí)磁鏈推力參考值fe*；

35、計(jì)算所獲取的電機(jī)推力與推力參考值之間的推力誤差并通過pi控制器轉(zhuǎn)換為等效滑差角速度ωs；

36、根據(jù)所獲取的速度計(jì)算對(duì)應(yīng)的角速度ω2；

37、根據(jù)所獲取的初級(jí)磁鏈計(jì)算對(duì)應(yīng)的初級(jí)磁鏈相位角θ1；

38、疊加角速度ωs和角速度ω2，得到角速度ω1*；

39、計(jì)算角速度ω1*對(duì)應(yīng)的初級(jí)磁鏈的位置變化角δθ1*；

40、疊加初級(jí)磁鏈相位角θ1和位置變化角δθ1*，得到參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶肯嘟铅?*；

41、根據(jù)所獲取的參考初級(jí)磁鏈幅值和計(jì)算所得的參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶肯嘟铅?*，得到參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶俊?/p>

42、按照本技術(shù)的第二個(gè)方面，提供了一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制系統(tǒng)，其包括：

43、推力和磁鏈觀測模塊，用于獲取當(dāng)前第k周期內(nèi)的直線感應(yīng)電機(jī)的相電流和速度結(jié)合速度和上一周期確定的最優(yōu)電壓矢量得到當(dāng)前的電機(jī)推力fek和初級(jí)磁鏈

44、模型法最優(yōu)初級(jí)磁鏈計(jì)算模塊，用于根據(jù)直線感應(yīng)電機(jī)的等效數(shù)學(xué)模型計(jì)算在速度和推力fek下電機(jī)損耗最小的最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值

45、參考初級(jí)磁鏈幅值搜索模塊，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)確定第k+1周期的參考初級(jí)磁鏈幅值當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于動(dòng)態(tài)時(shí)：當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于從動(dòng)態(tài)恢復(fù)的首個(gè)穩(wěn)態(tài)周期時(shí)：第k周期的微調(diào)步長δk為預(yù)設(shè)上限δmax，根據(jù)第k周期的梯度方向?qū)ξ⒄{(diào)得到當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前處于連續(xù)穩(wěn)態(tài)的非首個(gè)穩(wěn)態(tài)周期時(shí)：若δk-1小于預(yù)設(shè)下限δmin，否則，調(diào)節(jié)δk-1得到δk，調(diào)節(jié)策略為使連續(xù)穩(wěn)態(tài)周期的微調(diào)步長呈下降趨勢變化直至低于δmin，根據(jù)第k周期的梯度方向?qū)ξ⒄{(diào)得到當(dāng)梯度方向?yàn)檎龝r(shí)，微調(diào)為減去δk，當(dāng)梯度方向?yàn)樨?fù)時(shí)，微調(diào)為疊加δk；其中，當(dāng)?shù)趉周期相對(duì)于前一周期的直流母線電流的變化方向與參考初級(jí)磁鏈幅值的變化方向一致，第k周期的梯度方向?yàn)檎?，否則，梯度方向?yàn)樨?fù)；

46、參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶堪l(fā)生器，用于獲取fek、和速度pi控制器產(chǎn)生的推力參考值，生成第k+1周期的參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶?/p>

47、磁鏈控制模塊，用于確定價(jià)值函數(shù)評(píng)價(jià)參考初級(jí)磁鏈?zhǔn)噶康母櫺阅芤约伴_關(guān)頻率，以價(jià)值函數(shù)最小為目標(biāo)確定第k+1周期的最優(yōu)電壓矢量并根據(jù)最優(yōu)電壓矢量產(chǎn)生三相橋臂脈沖作用于逆變器相應(yīng)橋臂。

48、按照本技術(shù)的第三個(gè)方面，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

49、按照本技術(shù)的第四個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

50、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)提供的一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)主要具有以下有益效果：

51、1.本技術(shù)提供的一種直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)魯棒效率優(yōu)化控制方法，在確定參考初級(jí)磁鏈幅值時(shí)，先基于模型法計(jì)算出最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值，然后根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)選擇不同的處理方式，當(dāng)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)時(shí)，側(cè)重于使系統(tǒng)快速恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，因此，直接以模型法計(jì)算出最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值作為參考初級(jí)磁鏈幅值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的快速調(diào)控；當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，側(cè)重于對(duì)模型法計(jì)算出的最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值進(jìn)行微調(diào)，在模型計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上再次減小逆變器直流母線電流，進(jìn)一步減低損耗，克服因模型計(jì)算導(dǎo)致的誤差。在進(jìn)行微調(diào)時(shí)，設(shè)置微調(diào)步長，在連續(xù)的多個(gè)穩(wěn)態(tài)周期中，每個(gè)穩(wěn)態(tài)周期的微調(diào)步長會(huì)根據(jù)本周期和上一周期所確定的梯度方向?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)，如此可以根據(jù)搜索狀態(tài)兼顧快速性與準(zhǔn)確性，在進(jìn)行微調(diào)時(shí)，當(dāng)本周期梯度方向?yàn)檎龝r(shí)，說明上一周期增加磁鏈后導(dǎo)致直流母線電流增加或上一周期減小磁鏈后導(dǎo)致直流母線電流減小，無論哪種情況，為使得直流母線電流繼續(xù)減小，都將基于上一周期所得的參考初級(jí)磁鏈幅值減去微調(diào)步長，反之，當(dāng)本周期梯度方向?yàn)樨?fù)時(shí)，將基于上一周期所得的參考初級(jí)磁鏈幅值增加微調(diào)步長?；谏鲜龇椒▽?duì)對(duì)模型法計(jì)算出最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值進(jìn)行微調(diào)，在模型計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上再次減小逆變器直流母線電流，進(jìn)一步減低損耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的校正，從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確度，提高系統(tǒng)魯棒性和系統(tǒng)運(yùn)行效率。

52、2.在具體實(shí)施例中，當(dāng)?shù)趉、k-1周期的梯度方向相同時(shí)，說明最優(yōu)點(diǎn)仍在兩次搜索值之外，步長不變，保持較快的搜索速度，δk＝δk-1；當(dāng)?shù)趉、k-1周期的梯度方向相反時(shí)，說明最優(yōu)點(diǎn)在兩次搜索值中間，步長將變?yōu)樵瓉淼囊话?，提高搜索精度，減小δk-1作為δk。

53、3.在具體實(shí)施例中，通過電流重構(gòu)獲取直流母線電流，如此可以避免增加額外器件，降低控制成本和系統(tǒng)的復(fù)雜度。

54、4.在具體實(shí)施例中，給出了最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值的計(jì)算公式，可以簡化最優(yōu)初級(jí)磁鏈幅值的計(jì)算過程。

55、5.在具體實(shí)施例中，引入擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器實(shí)現(xiàn)電壓矢量的尋優(yōu)，如此可以避免使用模型預(yù)測，從而避免了參數(shù)變化、建模誤差等對(duì)磁鏈選擇和調(diào)節(jié)過程造成的不利影響，顯著提升了低開關(guān)頻率下直線感應(yīng)電機(jī)效率優(yōu)化控制的參數(shù)魯棒性。