[发明专利]一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法

权利要求书

1.一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

步骤1：在电压环中，根据给定电压指令和实际电机输出电压的误差，通过改进天牛须算法寻得最优电压PI控制器参数K_p与K_i；

步骤2：将最优电压PI控制器参数K_p与K_i导入电压环PI控制器，结合给定电压指令和实际电机输出电压的误差，得到两相旋转坐标系下q轴电流分量i_q^*；

步骤3：根据光电编码器得到永磁同步发电机转子的实时位置θ，并对θ进行时间t的求导计算，得到当前电机转速ω；

步骤4：根据电流传感器采样得到永磁同步发电机相电流再结合电机转速ω，通过Clark变换获得α-β两相静止坐标系下电机实际电流i_α、i_β，再通过Park变换获得d-q轴两相旋转坐标系下电机实际电流i_d、i_q；

步骤5：在d-q轴系下根据d-q轴实际电流和电流指令参考值的误差，通过电流PI控制器以及d-q轴解耦计算，获得d-q轴电压指令；

步骤6：对d-q轴电压指令进行反Park变换获得a-β轴系下电压指令，通过空间矢量脉宽调制方法得到6路驱动开关管的PWM信号，通过驱动器硬件部分驱动电机旋转。

2.如权利要求1所述的一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：所述永磁同步发电机在dq轴系下的数学模型为：

式(1)中，c为稳压电容，u_dc为母线电压的反馈值，i_d、i_q为dq轴的电流反馈值，i_L为电感的电流，ω_e为电机的电角速度，R为三相绕组的电阻，ψ_f为永磁体的磁链，u_d、u_q为dq轴的电压指令值。

3.如权利要求1所述的一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：通过改进天牛序算法寻得最优电压PI控制器参数K_p与K_i具体实现过程如下：

步骤1：天牛位置和朝向初始化，计算天牛左右须适应度值，确定天牛运动方向；

步骤2：更新天牛位置和朝向，计算此时左右须适应度值，确定下步天牛运动方向；

步骤3：根据天牛须算法迭代得到位置二维分解的参数K_p、K_i并依次赋值给PI控制器，并将系统产生的误差带入适应度函数计算适应度值；

步骤4：将上步适应度值与设定最小适应度值比较，若小于最小适应度值或达到迭代次数，则迭代结束，否则执行第二步；

步骤5：得到一组最优的K_p、K_i参数值，优化结束。

4.如权利要求3所述的一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：改进天牛序算法寻得最优电压PI控制器参数K_p与K_i过程中，通过将电压误差作为基于改进天牛须算法的PI控制器的输入，由改进的PI控制器得到q轴电枢电流，其中的传递函数为：

式(2)中，e(t)为任意时刻的电压误差，为q轴电枢电流，K_p为比例系数，K_i为积分时间常数。

5.如权利要求3所述的一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：改进天牛须算法的改进步长为：

式(3)中，k为正常数，step_s为初始权重值，step_e为结束迭代时权重值，t_max为最大迭代次数。

6.如权利要求3所述的一种利用改进天牛须算法自整定PI参数的永磁同步发电机控制方法，其特征在于：改进天牛须算法中，以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为算法的适应度函数，本发明中误差为给定指令电压和电机实际电压的误差值，所以适应度函数为:

f＝∫t|e(t)|dt  (4)

式(4)中，e(t)为任意时刻的电压误差，u_dc为母线电压的反馈值，为参考母线电压的反馈值。