[发明专利]一种基于鲸鱼优化算法的永磁同步电机最小损耗控制方法

权利要求书

1.一种基于鲸鱼优化算法的永磁同步电机最小损耗控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)搭建FOC控制系统并输入电机参数：在电机控制软件上根据永磁同步电机foc矢量控制方法搭建FOC控制系统，所述搭建FOC控制系统包括鲸鱼优化算法模块，将各个电机参数输入到鲸鱼优化算法模块中；其中，各个电机参数包括同步旋转坐标系下的d轴电感L_d、q轴电感L_q、永磁同步电机极对数p、永磁同步电机定子绕组电阻R和等效铁损电阻R_s、永磁同步电机磁链ψ_f、永磁同步电机的转动惯量J、阻尼系数B以及设定的负载转矩T_L和设定的电机角速度ω_e；

(2)采集电机运行信号：通过电流传感器检测永磁同步电机的定子电流i_a、i_b，通过转速/位置传感器模块检测电机的转速、转角信息，得到电机角速度ω_e^*以及当前转角θ；

(3)损耗表达式推导：画出电机运行的等效电路模型，将步骤(1)、步骤(2)中的电机参数和电机运行信号通过等效电路模型以及永磁同步电机转矩方程进行推导，得到电机总损耗关于d轴电流i_d的表达式；具体为：电机总损耗包括铜损和铁损，所述电机总损耗关于d轴电流i_d的表达式推导具体过程如下：

永磁同步电机铜损P_cu表示为：

永磁同步电机铁损P_fe表示为：

根据永磁同步电机等效电路得：

将上述关于i_d和i_q的公式分别代入铜损P_cu和铁损P_fe对应的公式中可得铜损和铁损关于i_sd和i_sq的表达式，

随后根据电机转矩方程

可得，

此外，永磁同步电机运行时，其电机转矩的大小可由下式获得，

将公式分别代入铜损和铁损关于i_sd和i_sq的表达式中，将式中的i_sq替换，分别得到铜损和铁损关于i_sd的表达式：

再由等效电路将铜损和铁损关于i_sd的表达式中的i_sd用同步旋转坐标系下的d轴电流i_d表示，

由转矩方程和等效电路可得，i_sd与同步旋转坐标系下的d轴电流i_d的关系为：

通过移项可得用i_q表示i_sd的表达式：

最后将用i_q表示i_sd的表达式带入到铜损和铁损表达式中，得到铜损和铁损关于i_d的表达式，即电机总损耗关于d轴电流i_d的表达式；

(4)鲸鱼优化算法寻优：将步骤(3)中所获得的总损耗关于d轴电流i_d的表达式输入到鲸鱼优化算法中，通过迭代计算获得当前运行状态下可以达到的电机总鲸鱼优化算法模块损耗的最小值以及对应的d轴电流i_d；其中，通过迭代计算获得当前运行状态下可以达到的电机总鲸鱼优化算法模块损耗的最小值以及对应的d轴电流的具体步骤为：

A、由于鲸鱼优化算法目的是找到稳定工况下最小总损耗对应的i_d值，自变量只有i_d一个，因此设置鲸鱼优化算法的自变量维度等于1，设置自变量的上界和下届分别为10A和-10A；设置鲸鱼优化算法种群规模为30，最大迭代次数设置为20次；

B、设置概率p₁＝0.5为种群会按当前最优值继续寻优，另外设置概率p₂＝0.5为种群会从头开始寻优；

C、将步骤(3)得到的总损耗关于i_d的表达式作为鲸鱼优化算法的适应度函数输入鲸鱼优化算法模块中，进行寻优；

(5)坐标变换：将设定的电机角速度ω_e作为参考值，速度/位置传感器得到的电机角速度作为实际值输入转速环PI模块，经过转速环PI模块的作用得到q轴电流i_q，将q轴电流i_q和步骤(4)得到的d轴电流i_d分别经过q轴电流环PI模块和d轴电流环PI模块，再均依次经过逆Park变换模块、逆Clarke变换及SVPWM模块和逆变器模块来得到三相静止坐标系电流；

(6)电机最小损耗控制：将步骤(5)得到的三相静止坐标系电流经过电流传感器输入永磁同步电机PMSM模块，以此来进行电机最小损耗控制。