[发明专利]一种基于人工蜂群参数优化的交流异步电动机滑膜变结构直接转矩控制方法

摘要

本发明涉及交流异步电动机控制技术领域，具体涉及一种基于人工蜂群参数优化的交流异步电动机滑膜变结构直接转矩控制方法。该基于人工蜂群参数优化的交流异步电动机滑膜变结构直接转矩控制方法具体包括：建立交流异步电动机的定子磁链方程、电磁转矩方程和磁链幅值平方表达式；建立滑膜变结构直接转矩控制器方程；设计人工蜂群寻优算法的目标函数和适应度值计算方法；初始化标准人工蜂群算法的蜜源位置；最后通过标准人工蜂群的搜索确定滑膜变结构控制器方程的参数。该方法通过设计转矩和磁链滑膜变结构控制器代替传统直接转矩控制器，并通过人工蜂群的搜索确定滑膜变结构控制器的最优参数，有效的提高了交流异步电机的变频调速性能。

主权项

1.一种基于人工蜂群参数优化的交流异步电动机滑膜变结构直接转矩控制方法，其特征在于，具体包括：步骤一：建立交流异步电动机的定子磁链方程、电磁转矩方程和磁链幅值平方表达式；步骤二：建立滑膜变结构直接转矩控制器方程；步骤三：设计人工蜂群寻优算法的目标函数和适应度值计算方法；步骤四：初始化标准人工蜂群算法的蜜源位置；步骤五：通过标准人工蜂群的搜索确定滑膜变结构控制器方程的参数；所述步骤一中，在两相静止坐标系下，交流异步电动机的电压方程数学模型采用式(1)表述，磁链方程数学模型采用式(2)表述：其中，u_sα、u_sβ分别为定子电压的两个分量；u_rα、u_rβ分别为转子电压的两个分量；i_sα、i_sβ分别为定子电流的两个分量；i_rα、i_rβ分别为转子电流的两个分量；ψ_sα、ψ_sβ分别的定子磁链的两个分量；ψ_rα、ψ_rβ转子磁链的两个分量；R_s、R_r分别为定子电阻和转子电阻，L_s、L_r、L_m分别表示定子电感、转子电感和定转子之间的互感；ω、p分别表示转速和微分算子；由式(1)和式(2)得到式(3)：其中，参数和分别是定子电流的两个分量i_sα和i_sβ相对于时间的导数，ω_r为电机转速，参数交流异步电动机两相静止坐标系中的定子磁链方程用式(4)表示：其中，和分别为定子磁链两个分量ψ_sα和ψ_sβ对时间的导数；交流异步电动机的电磁转矩方程用式(5)表示：T_e＝1.5n_p(ψ_sαi_sβ‑ψ_sβi_sα)  (5)其中，n_p为极对数；设交流异步电动机的磁链ψ_s幅值平方的表达式如式(6)所示：ψ_s²＝ψ_sα²+ψ_sβ²  (6)；所述步骤二中，将电磁转矩偏差、磁链幅值平方偏差、电磁转矩偏差变化率、磁链幅值平方偏差变化率作为自变量定义滑膜变结构控制器的切换函数S如式(7)：其中，e_T和分别表示转矩偏差和磁链幅值平方偏差，T_e^*和ψ_s^2*分别为转矩和磁链幅值平方的给定，T_e和ψ_s²分别为转矩和磁链幅值平方的实时估计值，和分别表示切换函数S的分量S₁和S₂对时间的导数；将切换函数对时间求导可得式(8)：其中，和分别表示转矩偏差和磁链幅值平方偏差对时间的一阶导数，和分别表示转矩偏差和磁链幅值平方偏差对时间的二阶导数；将式(3)、(4)、(5)、(6)和(7)带入式(8)中，并将转子电流的两个分量i_rα和i_rβ设定为常量，建立滑膜变结构直接转矩控制器方程如式(9)：其中，F和D为系数矩阵，U为控制率矩阵式(9)中其表达式如下所示式(9)中的F＝[F₁ F₂ F₃ F₄]^T，其表达式如下所示：F₂＝2ψ_sαi_sαR_s+2ψ_sβi_sβR_s  (15)式(9)中的系数矩阵D的表达式如下所示：求解D的逆阵如下所示：式(9)中控制率U的表达式如下所示：其中，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆、K₇和K₈均为大于零的控制系数；sign(x)为判断自变量正负符号的函数，即：如果x＞0，则sign(x)返回1；如果x＜0，则sign(x)返回‑1；如果x＞0，则sign(x)返回1；如果x＝0，则sign(x)返回0。