[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

说明书

本发明适用于电机控制技术领域，提供了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，具体方法包括：搭建FOC控制系统并输入永磁同步电机各项参数；将电机参数及运行参数基于电机模型进行推导，得到电机铜损和铁损关于d轴电流的关系式，然后利用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)迭代计算得到该永磁同步电机在确定工况下稳定运行可以得到的最小损耗下的d轴电流参考值；最后通过坐标变换将得到的控制参数转化为驱动永磁同步电机运行的三相静止坐标系下的电流，驱动永磁同步电机运行，实现最小损耗控制。本发明能够有效降低永磁同步电机在确定工况稳定运行的状态下的损耗功率，提高了永磁同步电机的运行效率，且寻优过程收敛迅速，计算速度快。

技术领域

本发明属于电机损耗控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

永磁同步电机因具有高效率、高转矩电流比、高功率密度、可靠性等优点，已在电动汽车、航空工业等领域得到了广泛应用。在永磁同步电机运行过程中，其电气损耗，即铜损和铁损会随电流的大小不断变化，且铜损最小与铁损最小所对应的d轴电流大小是不同的，因此需要通过使用控制算法，根据当前工况获得一个电流值，使得铜损和铁损之和，即总损耗最小，以达到提高电机运行效率的目标。目前多采用损耗模型法以及搜索法，损耗模型法通过建立永磁同步电机最小损耗模型，直接由计算获得最优电流，系统响应速度快，但是需要精确建模，受电机参数和运行工况影响大，且对不同的电机缺乏通用性。搜索法省去了繁琐的搭建损耗模型的过程，通过搜索电机运行的最小电流或者最小损耗功率来确定最优运行点，寻优精度高，但是对电流、功率、转速等的测量精度要求高，且算法收敛时间较长，最小二乘法、梯度法和黄金分割搜索法是早期研究的一些搜索算法。近年来，随着智能控制技术的不断发展，其逐渐成为了为以多变量、强耦合、非线性等为特征的永磁同步电机系统控制及研究的有力工具，但部分智能寻优算法存在结构复杂，计算速度慢，对计算机的运算能力要求高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供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，以解决现有技术中存在的需要搭建精确的损耗模型、受电机参数及运行工况影响大、计算速度慢、对计算机运算能力要求较高等问题

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：提供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，其创新点在于：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；

(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。

(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；

(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；