[发明专利]一种无刷双馈电机控制装置及其控制方法

权利要求书

1.一种无刷双馈电机控制装置，包括主电路、驱动电路、控制电路和检测电路，其中，控制电路包括DSP控制器和可编程逻辑控制器件CPLD，检测电路包括整流端电压和电流检测电路、交流端电压和电流检测电路，其特征在于：所述的主电路包括整流电路和逆变电路，所述的整流电路和逆变电路都采用二极管钳位式三电平结构，包括三个桥臂，每个桥臂由4个IGBT串联组成，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，第二IGBT的发射极连接第三IGBT的集电极，第三IGBT的发射极连接第四IGBT的集电极，第二IGBT上并联第一二极管，第三IGBT上并联第二二极管，第一二极管的负极连接第二IGBT的发射极，第一二极管的正极连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第三IGBT的发射极，三个桥臂的结构相同且彼此并联。

2.根据权利要求1所述的无刷双馈电机控制装置，其特征在于：所述的三个桥臂，每个桥臂包括三种开关状态：

同时导通第一IGBT和第二IGBT，关断第三IGBT和第四IGBT，逆变电路输出端获得正电平；

同时第二IGBT和第三IGBT，关断第一IGBT和第四IGBT时，逆变电路输出端获得电压为零；

同时导通第三IGBT和第四IGBT，关断第一IGBT和第二IGBT时，逆变电路输出端获得负电平。

3.根据权利要求2所述的无刷双馈电机控制装置，其特征在于：所述的三个桥臂，分别采用三种开关状态中的一种，三个桥臂所取开关状态互不重复，在逆变电路输出端合成三电平波形。

4.采用权利要求1所述的无刷双馈电机控制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过检测电路进行电机侧参数数据采集，采集功率绕组端相电压U_A，U_B和U_C，采集功率绕组端相电流I_A，I_B和I_C，经过d-q坐标变换，将功率绕组三相电压变化为d-q坐标系下的功率绕组d轴分量U_dp和功率绕组q轴分量U_qp，将功率绕组三相电流变化为d-q坐标系下功率绕组相电流d轴分量i_dp和功率绕组q轴分量i_qp；

步骤2：计算有功功率实测值P和无功功率实测值Q，公式如下：

P=32(Uqpiqp+Udpidp)---(1)]]>

Q=32(Uqpidp-Udpiqp)---(2)]]>

步骤3：设定无刷双馈电机有功功率给定值为P^*，将步骤2计算的有功功率实测值P与给定值P^*做差，得到误差值e_p，将误差值e_p带入PID调节器中，采用增量式PID算法，公式为：

i_dc^*＝i_dc^*(k-1)+k_p[e_p(k)-e_p(k-1)]+k_ie_p(k)+k_d[e_p(k)-2e_p(k-1)+e_p(k-2)]    (3)

式中，k_p表示比例系数，k_i表示积分系数，k_d表示微分系数，

采用实数编码遗传算法对所述PID调节器中的参数k_i，k_p.k_d进行优化；

步骤4：设定无刷双馈电机无功功率给定值为Q^*，将步骤2计算得到的无功功率实测值Q与无功功率给定值Q^*做差，得到误差e_q，将误差e_q送入遗传算法PID调节器中，得到控制绕组相电流值q轴分量给定值i_qc^*，PID调节公式为：

i_qc^*＝i_qc^*(k-1)+k_p[e_q(k)-e_q(k-1)]+k_ie_q(k)+k_d[e_q(k)-2e_q(k-1)+e_q(k-2)]    (4)

采用实数编码遗传算法对所述PID调节器中的参数k_i，k_p.k_d进行优化；

步骤5：检测控制绕组相电流实测值，将其进行d-q坐标变换得到控制绕组电流的d轴分量i_dc，将其与步骤3计算得到的控制绕组相电流d轴分量给定值i_dc^*做差，得到误差值δ_d，将误差值δ_d带入PID调节器中，公式如下：

所得的差值送入电流内遗传算法电流调节器，进行参数的优化调节，输出控制绕组电压d轴分量U_dc，其中，PID调节公式为：

U_dc＝U_dc(k-1)+k_p[δ_d(k)-δ_d(k-1)]+k_iδ_d(k)+k_d[δ_d(k)-2δ_d(k-1)+δ_d(k-2)]    (5)

采用实数编码遗传算法对所述PID调节器中的参数k_i，k_p.k_d进行优化；

步骤6：检测控制绕组相电流实测值，将其进行d-q坐标变换得到控制绕组电流的d轴分量i_qc，将其与步骤3计算得到的控制绕组相电流d轴分量给定值i_qc^*做差，得到误差值δ_q，将误差值δ_q带入PID调节器中，公式如下：

U_qc＝U_qc(k-1)+k_p[δ_q(k)-δ_q(k-1)]-k_iδ_q(k)+k_d[δ_q(k)-2δ_q(k-1)+δ_q(k-2)]    (6)

采用实数编码遗传算法对所述PID调节器中的参数k_i，k_p.k_d进行优化；

步骤7：经过d-q坐标反变换，得到控制绕组端相电压值U_a，U_b和U_c，以此驱动电机，控制电机运转。

5.根据权利要求4所述的无刷双馈电机的控制方法，其特征在于：步骤3、步骤4、步骤5和步骤6中所述的实数编码遗传算法，包括以下步骤：

步骤3-1：设置遗传算法的，种群规模、迭代次数，并确定参数k_i，k_p.k_d的取值范围分别为[0，20]，[0，10]，[0，5]；

步骤3-2：由参数k_i，k_p.k_d构成染色体，随机生成种群；

步骤3-3：计算适应度，公式为：

f=1J]]>

式中，为目标函数，用以评价染色体的优劣，适用度函数是目标函数的倒数，其中，t表示时间，e(t)输入误差值；

步骤3-4：根据步骤3-3计算的适应度值，计算累计概率，并通过累计概率对种群中的染色体进行选择，累计概率的公式为：

Pj=fjΣfj(j=1,2Kn)]]>

式中P_j累计概率，f_j个体适应度值，∑f_j适应度值总和；

步骤3-5：计算交叉概率和变异概率，将步骤3-4选择出的染色体交叉及变异，交叉概率公式为：

Pc=k1(fmax-fc)fmax-f‾(f′≥f‾)k2(fc<f‾)]]>

式中，P_c为交叉概率，f_max为每一代群体中最大适应度函数值，为每代群体的平均适应度函数值，f_c为要交叉的两个交叉个体中较大的适应度函数数值，k₁、k₂为[0，1]的常数，且k₁≤k₂；

变异概率公式为：

Pm=k3(fmax-fm)fmax-f‾(f′≥f‾)k4(fm<f‾)]]>

式中，P_m为交叉概率，f_m为进行变异的染色体的适应度函数数值，k₃、k₄为[0，1]的常数，且k₃≤k₄；

步骤3-6：反复执行步骤3-2至步骤3-5，直至种群中同一染色体占90％及以上，输出此时的k_i，k_p，k_d的值。