[发明专利]离线在线相结合的开关磁阻电机功率调节与效率优化方法

说明书

本发明涉及一种离线在线相结合的开关磁阻电机功率调节与效率优化方法，首先以固定角度为间隔分别调整关断角和零电压控制角，基于梯度下降法寻找开通角进行功率调节，调节到给定功率后计算发电效率。然后将效率与控制角度的关系利用matlab二元二阶非线性拟合成函数，再通过梯度下降法进行多元函数求极值完成离线最优效率的计算。最后将离线数据作为初始值进行在线的进一步优化。仿真验证了所述方法的有效性，所述方法控制逻辑简单、优化速度较快并且可以保证实时精度的最大效率跟踪。

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种离线在线相结合的开关磁阻电机功率调节与效率优化方法，是一种基于梯度下降法和粒子群优化算法的开关磁阻电机功率调节与效率优化的方法。

背景技术

开关磁阻电机为双凸极结构，结构简单坚固，可靠性高，易于维护，适于恶劣条件下工作，其发电系统融电力电子技术、控制技术、微电子技术为一体，显示出独特的优越性。控制开关磁阻的主要参数有开通角、关断角、绕组相电压等，控制参数多，控制灵活，易于在宽转速范围和不同负载下实现高效优化控制。目前开关磁阻电机在电动汽车、煤矿设备、新能源发电及部分家电等领域都有了大量应用，因此进一步研究开关磁阻电机的功率调节和效率优化具有重要的意义。

由电压方程、磁链方程、转矩方程及运动方程构成的数学模型可以从理论上准确地、完整地描述电机的电磁与力学关系，然而由于开关磁阻电机具有的双凸极结构使其电磁特性具有严重非线性，无法获得控制参数与系统发电效率之间准确的解析函数，因此对各控制参数的优化是十分复杂的。为寻找合适的优化方法国内外学者进行了丰富的研究。

本发明主要针对高速运行下的开关磁阻发电系统的功率调节与效率优化。当电机运行速度高于基速时，相电流不再是可以控制的变量，所以开关角成为十分重要的优化变量。为了找到给定功率下使效率最优的开关角度，现存的方法主要分为离线计算和在线寻优两种。离线计算一般是通过实验或仿真得到不同控制参数在不同工况下与工作效率的映射关系，建立数学模型，接着导入到查找表。但为了提升性能，需要大量和高维的数据，需要占用大量储存空间，也会影响运行速度。同时当环境发生改变，静态的最佳数据往往也不能满足当下的要求。在线寻优不依赖数学模型，可以通过寻优迭代不断寻找最优参数，从而确保系统的最佳效率。但寻优的速率与步长有关，若增大步长可减少寻优时间，但容易引起系统振荡而影响系统的稳定性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种离线在线相结合的开关磁阻电机功率调节与效率优化方法，既包含离线计算速度快的优点，同时又能实时在线调节保证优化精度。

技术方案

一种离线在线相结合的开关磁阻电机功率调节与效率优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：确定功率、转速后计算应达到的转矩值：

式中T_em、P、n分别表示给定转矩、给定功率和转速；

步骤2：将电机关断角θ_off和零电压控制角θ_fw固定，开通角θ_on初始值设为:

θ_on＝θ_off-θ_set

其中θ_set为初始导通角；

步骤3：将控制角度带入开关磁阻发电系统计算平均转矩：