[发明专利]开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法

说明书

本发明提供一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法，是根据海洋绞车运行时开关磁阻电机某相在其制动过程中每个电感变化周期起始时刻对应的制动给定转速；以制动能量回馈效率、制动转矩脉动系数为优化目标，采用基于渐进约束支配法则的双目标非支配排序遗传算法求得每个电感变化周期的最优开通角、关断角及换相重叠角；计算开关磁阻电机实际制动运行时所需跟踪的制动给定转速，即可获得最优制动能量回馈效率、最小制动转矩脉动系数下每相绕组在当前制动给定转速下所对应的最优开通角、关断角及换相重叠角。本发明可实现开关磁阻电机在准确跟踪其时变制动给定转速的前提下，全程获得最佳再生制动效率与最小转矩脉动系数。

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机再生制动控制领域，尤其涉及一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单坚固、起动电流小、起动转矩大、效率高、容错能力强、调速范围宽等系列优点，因而非常适合于海洋绞车主动升沉补偿要求频繁起制动、加减速的运行工况。然而在海洋绞车主动升沉补偿控制中，开关磁阻电机因频繁制动运行而将产生大量的能量损耗，不仅造成了极大的能量浪费，而且还因其频繁制动所产生的大量能耗将使设备温度大幅提升，进而影响设备的稳定可靠运行，因此针对开关磁阻电机开展再生制动控制研究具有重要意义。

目前国内外在开关磁阻电机再生制动控制方面已开展了系列研究，提出了诸如以再生制动效率最优、以最大功率回收等为目标的再生制动控制方法，虽然都取得了较好的效果，但现有各种控制方法均是针对电机在某一转速下开始制动并研究解决相关再生制动问题。然而在海洋绞车主动升沉补偿控制中，为实现与母船升沉运动保持同步运转，其传动电机在制动过程中还需保持对其相应时变给定转速的准确跟踪，因而要在这种保持变速跟踪状态下实现其制动全过程的高效再生制动控制，则现有各种控制方法均难以满足要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法，可实现开关磁阻电机在准确跟踪其时变制动给定转速的前提下，全程获得最佳再生制动效率与最小转矩脉动系数。

本发明提出的开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法，包括以下步骤：

a)设海洋绞车升沉运动时其开关磁阻电机对应的最大转速为电机制动初始给定转速；

b)控制开关磁阻电机以步骤a)所得电机制动初始给定转速在恒加速度模式下制动运行，实时检测开关磁阻电机某相在其制动过程中每个电感变化周期起始时刻对应的制动给定转速；

c)以制动能量回馈效率、制动转矩脉动系数为优化目标，采用基于渐进约束支配法则的双目标非支配排序遗传算法求得步骤b中每个电感变化周期的最优开通角、关断角及换相重叠角；

d)根据步骤c)所得每个电感变化周期的最优开通角、关断角及换相重叠角以及步骤b)中每个电感变化周期起始时刻对应的制动给定转速，得最优开通角、关断角及换相重叠角与制动给定转速间的函数关系；

e)根据步骤d)所得函数关系，计算开关磁阻电机实际制动运行时所需跟踪的制动给定转速，即可获得每相绕组在当前制动给定转速下所对应的最优开通角、关断角及换相重叠角；

f)根据步骤e)所得最优开通角、关断角及换相重叠角对每相绕组所对应功率开关实施控制，以使系统在最优制动能量回馈效率、最小制动转矩脉动系数下全过程运行。

优选地，步骤a)中根据海洋绞车最大升沉运动速度确定其驱动用开关磁阻电机对应的最大转速，具体公式如下：

式中：n_max为开关磁阻电机对应的最大转速，v_max为海洋绞车最大升沉运动速度，R为海洋绞车卷筒半径，k_b为绞车卷筒与开关磁阻电机之间的传动比。