[发明专利]一种基于蚁群优化PID永磁同步电机直接转矩控制方法

说明书

本发明提供一种基于蚁群优化PID永磁同步电机直接转矩控制方法，本发明采用蚁群整定PID的比例，微分，积分系数，来实现对PID控制器的优化，将优化好的控制器用于对永磁同步电机直接转矩进行控制。将转速检测传感器获得的当前转矩与理论所要的转矩作差，获得当前转矩误差和定子磁链误差，将这两个误差作为控制模型的输入，输入到PID控制器中，通过控制器的传递函数，获得控制电机的电压矢量角度与幅值作为系统的输出，蚁群优化PID永磁同步电机直接转矩控制方法系统简单，容易实现参数整定，同时系统的稳定性及适应性强。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于蚁群优化PID永磁同步电机直接转矩控制方法。

背景技术

永磁同步电机通过在电动机中通入三相电流，电动机内部形成旋转磁场，转子中的永磁体在旋转磁场中旋转，最终达到转子的旋转速度与定子的旋转速度相同。直接转矩控制(Direct torque control，简称DTC)是一种变频器控制三相马达转矩的方式。其作法是依量测到的马达电压及电流，去计算马达磁通和转矩的估测值，在直接转矩控制中，定子磁通用定子电压积分而得。而转矩是以估测的定子磁通向量和量测到的电流向量内积为估测值。磁通和转矩会和参考值比较，若磁通或转矩和参考值的误差超过允许值，变频器中的功率晶体会切换，使磁通或转矩的误差可以尽快缩小。因此直接转矩控制也可以视为一种磁滞或继电器式控制。

比例、微分、积分控制简称PID控制，比列使得系统快速到达目标，但会引起系统的振荡，微分用来对误差减小的速度进行抑制，积分用来消除静差。用PID控制永磁同步电机直接转矩控制，系统具有非常精确的控制效果，具有结构简单，稳定性好，同时不需要永磁同步电机准确的数学模型，用高速有效的方式使得系统误差减小，达到稳定状态。

中国发明专利CN110932635A公开发明了一种基于模糊控制逻辑的永磁同步电机直接转矩控制方法，将转速误差与定子链误差作为输入量输入到模糊控制器中，该种控制器训练过程复杂，系统响应性慢；中国发明专利CN110061669A公开发明了一种永磁同步电机直接转矩控制方法，将定子链与反馈定子链信号差作为super-twisting磁链控制器的输入，输出d轴电压矢量，并将q与d轴的电压矢量经过PARK反变换单元变换得到α，β轴电压，最终生成PWM控制信号，该种方法需要准确的永磁同步电机的控制模型，控制系统复杂。

这些永磁同步电机的直接转矩控制方法都不可避免地存在着各自的缺陷，限制了电机工程和实际生产中的应用。由此可见，现有永磁同步电机的直接转矩控制方法系统复杂，响应性低，适应性弱已不能满足要求，而采取一种基于蚁群优化PID永磁同步电机直接转矩控制方法。来改变现有技术的不足。

发明内容

本发明针对现有技术的以上缺陷，本发明的主要目的在于提供一种响应性高，适应性能更强，鲁棒性更好，收敛速度更快的控制模型来实现同步电机直接转矩控制方法；

本发明的技术方案为：一种基于蚁群优化PID同步电机直接转矩控制方法，包括如下步骤：

首先将转速检测传感器获得的当前转矩与理论所要的转矩作差，获得当前转矩误差和定子磁链误差，将这两个误差作为控制模型的输入，输入到PID控制器中，通过控制器的传递函数，获得控制电机的电压矢量角度与幅值作为系统的输出；

进一步地获得永磁同步电机的定子电压与定子磁链方程如下：

其中：u_x、u_y、i_x、i_y是x，y轴上的定子电压矢量u与定子电流矢量i的分量，R为定子电阻；A_f代表永磁磁链的幅值，ω为A_x的旋转电角速度；δ为(-π/2，π/2)为定子磁链矢量A_s和转子磁链矢量A_f间的夹角，称为转矩角；L为定子电感；