同步磁阻電機 (SynRM) 的優(yōu)化控制器結構設計?？刂破鲄档膬?yōu)化基于新改進(jìn)的 BAT 優(yōu)化算法 (mBAT)。SynRM 用同步電機的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)模型表示。在使用 mBAT 進(jìn)行控制器設計和優(yōu)化過(guò)程時(shí)，會(huì )考慮 SynRM 收集的所有非線(xiàn)性因素。提出了一種具有改進(jìn)的魯棒擾動(dòng)觀(guān)測器 (mRDO) 的新型 SynRM 控制器結構。修改后的 mRDO 可確保更高水平的穩定裕度、高效的干擾抑制，并實(shí)現透明的控制器參數化和優(yōu)化?？刂破骱铣苫诜€健的 ? ∞極點(diǎn)配置技術(shù)。?∞ _穩健的標準以譜多項式及其強正性條件的形式呈現。頻譜多項式 (SP) 可以直接用作 mBAT 優(yōu)化過(guò)程中的目標函數。mBAT 算法，根據派生的 SP，引入了一種新的方法來(lái)自適應加權函數選擇和修改位置公式中的 BAT 速度。BAT算法的新修改是受反饋控制理論和Lyapunov指數穩定性的啟發(fā)。提議的 mBAT 修改顯著(zhù)提高了給定優(yōu)化問(wèn)題的效率。

       由于供應有限，高效永磁體 (PM) 的價(jià)格不斷上漲，這重新喚起了人們對同步交流電機的極大興趣。近年來(lái)，同步磁阻電機 (SynRM) 已成為混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)、跟蹤系統以及各種工業(yè)和家庭應用中大功率機器的普遍推進(jìn)技術(shù)。特別是考慮到轉子設計的最新改進(jìn)以及具有高計算能力的低成本嵌入式系統的普遍存在，SynRM 如今是感應電機 (IM) 和永磁同步電機 (PMSM) 的可行替代方案. 這種機器的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本較低，因為它們的生產(chǎn)不需要昂貴的材料。理論上，

       然而，由于直軸和交軸的不同磁特性，SynRM 的數學(xué)描述包括復雜的動(dòng)態(tài)方程 [6]、[7]。眾所周知，磁鏈特性取決于兩個(gè)軸上的電流i d、i q，以及考慮到單個(gè)電機旋轉的當前轉子位置 [8]。電機的閉環(huán)運行需要矢量控制方法，其中需要轉子位置數據。

       最近的大部分研究都是在更好地利用同步操作原理的領(lǐng)域進(jìn)行的。因此，物理轉子角度測量可以用基于近似磁通計算的估計技術(shù)代替。無(wú)傳感器轉子角度估計通?？梢苑譃楦咚俸偷退龠\行條件下的估計，這兩種情況之間的界限有些不明確和模糊。由于上述缺點(diǎn)，高效跟蹤系統需要可靠的轉子角度測量才能可靠運行，物理傳感器或多或少可以保證這一點(diǎn)。本論文完全側重于 SynRM 高效反饋控制器設計。所提出的方法也可以用于具有間接角度測量的系統，其中唯一的條件是可靠的轉子角度估計。許多研究人員在他們的反饋控制器設計中使用簡(jiǎn)化的線(xiàn)性模型，粗略估計 SynRM 的標稱(chēng)值。其原因在于非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的高度復雜性。在許多情況下，實(shí)際電機參數的估計既費時(shí)又困難。識別過(guò)程通常結合模擬和實(shí)驗結果 [8]?？紤]到飽和度，SynRM 電氣參數非常敏感。正交軸之間的交叉耦合取決于飽和度，而電機轉矩脈動(dòng)取決于電機的機械結構 - 電樞開(kāi)槽 [8]。電樞開(kāi)槽會(huì )降低電機在低速時(shí)的性能。為了實(shí)現高效的跟蹤系統，

       為將所有這些因素考慮在內，SynRM 的電氣參數采用有限元法 (FEM) 方法確定。FEM 建模過(guò)程不是本文的主要主題，本文不會(huì )詳細討論。將僅提供 SynRM 模型實(shí)現的非線(xiàn)性電氣參數。

       該方法的新穎之處在于基于從 FEM 仿真中收集的參數變化的精確知識，設計出一種最優(yōu)的魯棒控制器。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以根據魯棒控制范例和模型參數變化的詳細知識設計先進(jìn)可靠的控制器結構。最近的研究表明，如果需要 SynRM 控制系統的高效率，SynRM 的高度復雜性和非線(xiàn)性需要復雜的控制器結構。最近的先進(jìn)方法利用模型參考自適應系統 (MRAS) 控制方案或扭矩模型參考自適應系統 (TMRAS) 控制方案。這兩種方案主要用于轉子速度估計的無(wú)傳感器應用，其中主要使用經(jīng)典的 PI 控制結構?？刂评碚摫砻?，經(jīng)典的控制器結構無(wú)法正確處理系統在整個(gè)運行區域的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)。MRAS 和 TMRAS 方法在磁通和轉矩估計方面具有許多優(yōu)勢，并且如果使用精確參考模型 (RM)，理論上非常有效。RM 方法在控制器設計方面具有巨大潛力，但由于電機的復雜性和高度非線(xiàn)性，在許多情況下主要應用線(xiàn)性模型。在這種情況下，線(xiàn)性模型只能覆蓋整個(gè)非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)的一小部分。因此，所提出的 SynRM 控制結構引入了可靠的魯棒控制器結構設計，同時(shí)考慮了 SynRM 參數不確定性和動(dòng)態(tài)偏差的詳細知識。

      控制結構分為三個(gè)階段。第一階段包括dq軸的電流轉矩控制器設計。電流控制器的設計采用中提出的穩健極點(diǎn)布置方法?？刂破髟O計的主要目標是在考慮 SynRM 電氣參數不確定性的情況下確保雙軸電流控制的高穩定性和足夠的動(dòng)態(tài)性。第一階段對于進(jìn)一步的分析和設計至關(guān)重要。第二階段涵蓋q上的控制器設計-axis，其中設計了帶有速度控制器的魯棒修正擾動(dòng)觀(guān)測器 (mRDO)。mRDO 基于中提出的修改后的結構，源自穩健的內部補償器 (RIC)。RIC 技術(shù)涉及兩個(gè)階段的設計過(guò)程。第一階段包括具有確保魯棒性的內部控制器設計，而第二階段包括外部控制器設計，以提供反饋系統的完整動(dòng)態(tài)。RIC 方法主要使用具有純積分作用 (IA) 的經(jīng)典低階控制器結構。IA 改善了干擾抑制特性，但另一方面會(huì )導致整個(gè)反饋系統的穩定性問(wèn)題和更差的動(dòng)態(tài)特性 [24]。所提出的 mRDO 的主要優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)了整個(gè)反饋系統的穩定區域，避免了控制器結構中的純 IA 效應。此外，mRDO 的第二個(gè)優(yōu)勢是對經(jīng)典 RIC 結構的重構，其中外部反饋分支被額外的內部環(huán)路取代。額外的內部循環(huán)允許更透明的控制器結構和控制器參數化?？刂破鹘Y構中的近似 IA 效應是使用所提出的改進(jìn) BAT 算法 (mBAT) 優(yōu)化過(guò)程的關(guān)鍵主題之一。本文稍后將對 mBAT 修改和 mRDO 控制器優(yōu)化進(jìn)行更詳細的討論。mRDO 的內部電流和速度控制器旨在克服上述經(jīng)典 RIC 的缺點(diǎn)。mRDO 結構的優(yōu)化過(guò)程依賴(lài)于譜多項式 (SP) 的正性條件。SP 函數具有擬凸特性，并根據魯棒穩定性和閉環(huán)動(dòng)態(tài)性能特征用度量 ? 來(lái)描述閉環(huán)特性∞[23]。使用元啟發(fā)式搜索和進(jìn)化算法可以有效地解決準凸和非凸優(yōu)化問(wèn)題。SP 評估的主要起點(diǎn)是使用魯棒極點(diǎn)配置技術(shù) (PP) 的控制器參數化，這在某些方面類(lèi)似于眾所周知的 Youla-Kucera 參數化。PP 技術(shù)允許固定控制器結構設計，具有透明的閉環(huán)極點(diǎn)位置和對系統行為的已知影響，例如干擾抑制跟蹤能力、魯棒性等。SynRM 控制器設計的最后一步是采用 PP 技術(shù)的穩健位置控制器和具有嚴格正性條件的優(yōu)化。位置控制器設計用于以低頻跟蹤位置參考信號。

       直接來(lái)自性能和PP技術(shù)。這種方法允許簡(jiǎn)單有效的閉環(huán)動(dòng)態(tài)和穩健性?xún)?yōu)化過(guò)程。優(yōu)化基于測試 SP 的非負性條件。因此，使用了 BAT 啟發(fā)的優(yōu)化算法。許多研究已經(jīng)討論了 BAT 啟發(fā)式優(yōu)化技術(shù)。該算法的效率有很多證據，并且已經(jīng)提出了對該方法進(jìn)行修改和改進(jìn)的許多可能性。BAT 算法的主要優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，收斂速度快，適用于中小型優(yōu)化問(wèn)題。本文針對給定的 SynRM 控制問(wèn)題介紹了 BAT 的新附加修改。新的修改依賴(lài)于反饋系統方法，其中計算人口中每個(gè)樣本的預期位置和當前位置之間的位置誤差。期望值可以選擇為期望解的區間值，也可以選擇為整個(gè)種群中當前目標函數值最好的樣本。位置誤差作為 BAT 速度公式中的導數應用?？紤]到 SP 的準凸性質(zhì)，不必擔心期望值會(huì )導致錯誤的解決方案或局部最小值陷阱?？紤]到 Lyapunov 穩定性和 SPs-QC 特性，還引入了一種新的自適應指數加權函數。權重函數根據當前解的成功與樣本目標函數值不斷適配。指數加權函數提高了收斂速度，確保樣本到最終解的路徑更平滑，最終值的波動(dòng)更小。最終值可以某種方式解釋為李亞普諾夫穩定性的動(dòng)態(tài)系統的平衡點(diǎn)。在本案例中，提供更簡(jiǎn)單的非復雜目標函數，可在 BAT 算法中有效使用。由此類(lèi)多項式組成的目標函數不需要額外的證明工具來(lái)保持反饋穩定性、控制器穩定性、提供更簡(jiǎn)單的非復雜目標函數，可以在 BAT 算法中有效使用。由此類(lèi)多項式組成的目標函數不需要額外的證明工具來(lái)保持反饋穩定性、控制器穩定性、提供更簡(jiǎn)單的非復雜目標函數，可以在 BAT 算法中有效使用。由此類(lèi)多項式組成的目標函數不需要額外的證明工具來(lái)保持反饋穩定性、控制器穩定性、?∞規范評估、動(dòng)態(tài)特性等。所有設計標準都可以在 SP 的非負性條件下進(jìn)行評估和實(shí)現。SP 標準表示為簡(jiǎn)單的準凸多項式，其中 SP 的正最小值表示給定優(yōu)化問(wèn)題的解。

       第二部分簡(jiǎn)要介紹非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)和 SynRM 電機的建模。第三部分介紹了對用于 SynRM 位置控制的擬議 mRDO 結構的推導和分析。為了給定問(wèn)題更好的透明度和清晰度，附錄 A 和 B 中介紹了從 ? ∞魯棒穩定性標準對 SP 多項式的額外推導。第四節介紹了對 BAT 的修改，其中對 SP 進(jìn)行了優(yōu)化程序。第五部分描述了 SynRM 位置系統的 mRDO 綜合示例、控制器設計的評估以及具有類(lèi)似優(yōu)化算法的控制器設計的比較示例。隨后是進(jìn)一步研究的結論和指南。

      SynRM 的動(dòng)態(tài)模型可以在自然abc或公共轉子dq0參考系中以一般形式呈現。本節僅討論必要的數學(xué)建模細節和參數不確定性，這在 mRDO 設計過(guò)程中很重要?？梢哉业?span> SynRM 建模和電機動(dòng)力學(xué)的更詳細解釋。出于反饋控制器設計的目的，僅在dq0參考中具有獨立狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)模型

       根據SynRM的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性，介紹了新穎的控制器結構和控制器設計?？刂破髟O計分為三個(gè)階段。第一階段需要為d和q軸設計電流控制器。第二階段需要新穎的改進(jìn)擾動(dòng)觀(guān)測器架構和轉子速度控制器設計，具有近似積分行為。最后階段包括位置控制器設計。整體控制器結構。

       穩健準則的優(yōu)化基于范數 ? ∞的性質(zhì)。當使用具有幾乎相同重要屬性的目標函數時(shí)，多準則優(yōu)化技術(shù)最為重要。即使是具有魯棒性條件的多項式也可以直接用作啟發(fā)式優(yōu)化算法中的目標函數。本文提出了一種多目標優(yōu)化程序，采用 BAT 啟發(fā)的優(yōu)化算法。

控制器結構分配的第一步是電流控制器設計。電氣部分的實(shí)際標稱(chēng) SynRM 參數如表 1 所示。電機標稱(chēng)值根據固定電流和角度值選擇，i d ?= 1.8 A，i q ?= 1 A，披=0°.

      不確定性權重丁在一世d,一世q考慮到圖 7 中的L d和q特性以及電阻R可以變化標稱(chēng)值的 34% 的假設。在一世d=0.4798×秒3+

      本文介紹了使用 SynRM 定位系統的 mRDO 結構設計。SynRM 型機器不常用于此類(lèi)應用，尤其是在工業(yè)環(huán)境中。然而，所呈現的結果表明，使用這種先進(jìn)的控制器結構，SynRM 跟蹤位置系統可以成為使用 PM 電機的定位系統的可行替代方案，特別是考慮到電機的廉價(jià)材料和結構。使用多項式方法的控制器設計。