一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法及系统。

背景技术

目前，永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor，PMSM)由于体积小、效率高、易于控制和能量密度高等优势，广泛应用于电动车用电动机，冰箱、空调压缩机以及其它的工业、民用领域。目前，针对永磁同步电机的主流控制方式有矢量控制和直接转矩控制，但是由于直接转矩控制具有较大的脉动转矩，因此大都采用矢量控制组成永磁同步电机伺服控制系统。

永磁同步电机矢量控制的控制回路都包括传统PID(Proportional IntegralDerivative)控制器。由于传统PID具有算法简单、适应性高、鲁棒性强等特点，在精度要求不高、工作环境变化小的情况下，矢量控制系统中采用一般的PID控制器完全能达到控制要求。但是，传统PID控制参数是固定不变的，对环境变化的自适应性较差。当永磁同步电机运行的环境恶劣变化时，由于永磁同步电机是一个复杂、非线性、时变的系统，传统PID控制器往往得不到较好的控制效果。

发明内容

本发明目的之一在于提供了一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，改善目前市面上主流的永磁同步电机矢量控制回路的PID控制器对环境变化自适应性比较差，当永磁同步电机运行的环境有恶劣变化时，PID控制器就得不到很好的控制效果的问题。

本发明实施例提供的一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，包括：

获取转速环的输入信号；

将输入信号输入二维模糊控制器，获取输出量；

基于输出量对PI参数进行调节。

优选的，输入信号包括：转速偏差和转速偏差的变化率。

优选的，基于输出量对PI参数进行调节，包括：

基于输出量中的比例系数对PI参数中的比例系数进行调节，调节后的PI参数中的比例系数为原比例系数与输出量中的比例系数的和值；

基于输出量中的积分系数对PI参数中的积分系数进行调节，调节后的PI参数中的积分系数为原积分系数与输出量中的积分系数的和值。

优选的，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，还包括：

获取永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数；

将运行参数、状态参数和运行环境参数发送至后台服务器中，并接收后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数；

其中，运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间其中一种或多种结合；

状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力其中一种或多种结合；

运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压其中一种或多种结合；

后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数，包括：

基于预设的提取模板对运行参数、状态参数和运行环境参数进行提取，基于提取的数值构建调取标识；

获取预设的PI参数库；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；包括：

计算调取标识与PI参数库中每组比例系数和积分系数对应的标识之间的相似度，相似度计算公式如下：

其中，D

调取相似度最大的标识对应的一组比例系数和积分系数。

优选的，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，还包括：

将二维模糊控制器的规则知识库中的规则提取后发送至后台服务器；同时将对应规则的使用记录及使用后的永磁同步电机的运行数据发送至后台服务器；

接收后台服务器对于规则、使用记录和运行数据的综合分析结果，当分析结果存在规则的调整要求时，对规则进行调整；

其中，后台服务器生成综合分析结果的步骤具体如下：

将规则、使用记录和运行数据公示；

接收多个专家用户对于公示的数据的输入数据；输入数据为专家用户根据规则、使用记录和运行数据进行实验总结分析后输入；

解析输入数据，确定规则的准确性，当规则为准确时，综合分析结果包括无需更改规则；

当规则为不准确时，对输入数据进行二次解析，获取准确的规则；

其中，解析输入数据，确定规则的准确性，包括：

解析输入数据，确定各个专家用户的判断结果；

获取各个专家用户的专业度及预设的领域权重矩阵；

基于规则所属领域和领域权重矩阵，确定专家用户的权重；

基于判断结果、专业度和权重，确定规则的准确值，准确值的计算公示如下：

其中，F为准确值；A

当准确值为正值时，规则为准确；否则，为不准确；

对输入数据进行二次解析，获取准确的规则，包括：

对输入数据进行二次解析，获得多个待筛选规则；

获取带筛选规则对应的支持的专家用户的权重、专业度和判断结果；

基于判断结果、专业度和权重，确定待筛选规则的支持值；支持值为所有支持带筛选规则的专家用户的专业度与权重的积的和值；

将支持值最大的待筛选规则作为规则调整的目标。

本发明还提供一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统，包括：

获取模块，用于获取转速环的输入信号；

输入模块，用于将输入信号输入二维模糊控制器，获取输出量；

调节模块，用于基于输出量对PI参数进行调节。

优选的，输入信号包括：转速偏差和转速偏差的变化率。

优选的，调节模块执行如下操作：

基于输出量中的比例系数对PI参数中的比例系数进行调节，调节后的PI参数中的比例系数为原比例系数与输出量中的比例系数的和值；

基于输出量中的积分系数对PI参数中的积分系数进行调节，调节后的PI参数中的积分系数为原积分系数与输出量中的积分系数的和值。

优选的，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统，还包括：更新模块，更新模块执行如下操作：

获取永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数；

将运行参数、状态参数和运行环境参数发送至后台服务器中，并接收后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数；

其中，运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间其中一种或多种结合；

状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力其中一种或多种结合；

运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压其中一种或多种结合；

后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数，包括：

基于预设的提取模板对运行参数、状态参数和运行环境参数进行提取，基于提取的数值构建调取标识；

获取预设的PI参数库；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；包括：

计算调取标识与PI参数库中每组比例系数和积分系数对应的标识之间的相似度，相似度计算公式如下：

其中，D

调取相似度最大的标识对应的一组比例系数和积分系数。

优选的，更新模块还执行如下操作：

将二维模糊控制器的规则知识库中的规则提取后发送至后台服务器；同时将对应规则的使用记录及使用后的永磁同步电机的运行数据发送至后台服务器；

接收后台服务器对于规则、使用记录和运行数据的综合分析结果，当分析结果存在规则的调整要求时，对规则进行调整；

其中，后台服务器生成综合分析结果的步骤具体如下：

将规则、使用记录和运行数据公示；

接收多个专家用户对于公示的数据的输入数据；输入数据为专家用户根据规则、使用记录和运行数据进行实验总结分析后输入；

解析输入数据，确定规则的准确性，当规则为准确时，综合分析结果包括无需更改规则；

当规则为不准确时，对输入数据进行二次解析，获取准确的规则；

其中，解析输入数据，确定规则的准确性，包括：

解析输入数据，确定各个专家用户的判断结果；

获取各个专家用户的专业度及预设的领域权重矩阵；

基于规则所属领域和领域权重矩阵，确定专家用户的权重；

基于判断结果、专业度和权重，确定规则的准确值，准确值的计算公示如下：

其中，F为准确值；A

当准确值为正值时，规则为准确；否则，为不准确；

对输入数据进行二次解析，获取准确的规则，包括：

对输入数据进行二次解析，获得多个待筛选规则；

获取带筛选规则对应的支持的专家用户的权重、专业度和判断结果；

基于判断结果、专业度和权重，确定待筛选规则的支持值；支持值为所有支持带筛选规则的专家用户的专业度与权重的积的和值；

将支持值最大的待筛选规则作为规则调整的目标。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，如图1所示，包括：

步骤S1：获取转速环的输入信号；

步骤S2：将输入信号输入二维模糊控制器，获取输出量；

步骤S3：基于输出量对PI参数进行调节。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过对转速环的输入信号进行模糊处理，对PI参数进行调节。即在永磁同步电机矢量控制系统的转速环采用模糊PI控制器来改进传统的PI控制器，在传统PI控制器基础上加入模糊控制器，对传统PI参数进行调节，以此增强系统的动、静态性能，其建立过程如下：采用二维模糊控制器确定模糊控制器的语言变量，即表示模糊控制器输入量和输出量的大小程度；隶属度函数选择，不同的隶属度函数具有各自优缺点，本文对于永磁同步电机矢量控制系统选择正态分布型和三角形结合的方式；对转速环输入信号，即转速偏差和偏差变化率进行模糊化，将其变化到模糊论域中；建立模糊控制规则。对传统的速度环PI控制器进行改进，缩短了系统调节时间以及减小了系统超调量，在静态性能方面加强了系统的可靠性与抗干扰能力。

在一个实施例中，输入信号包括：转速偏差和转速偏差的变化率。将转速偏差和转速偏差的变化率作为二维模糊控制器的输入。

在一个实施例中，基于输出量对PI参数进行调节，包括：

基于输出量中的比例系数对PI参数中的比例系数进行调节，调节后的PI参数中的比例系数为原比例系数与输出量中的比例系数的和值；

基于输出量中的积分系数对PI参数中的积分系数进行调节，调节后的PI参数中的积分系数为原积分系数与输出量中的积分系数的和值。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过对PI参数的比例系数和积分系数进行修正，实现更好的控制效果。

在一个实施例中，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，还包括：

获取永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数；

将运行参数、状态参数和运行环境参数发送至后台服务器中，并接收后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数；

其中，运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间其中一种或多种结合；

状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力其中一种或多种结合；

运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压其中一种或多种结合；

后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数，包括：

基于预设的提取模板对运行参数、状态参数和运行环境参数进行提取，基于提取的数值构建调取标识；

获取预设的PI参数库；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；包括：

计算调取标识与PI参数库中每组比例系数和积分系数对应的标识之间的相似度，相似度计算公式如下：

其中，D

调取相似度最大的标识对应的一组比例系数和积分系数。

上述技术放哪的工作原理及有益效果为：

根据实际情况调用不同的PI参数的比例系数和积分系数，使电机的控制更符合其应用的环境。实际情况主要从永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数这几方面考虑。运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间等标示电机运行时状况的参数；状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力等标示电机状态的参数；运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压等标示电机所处的运行环境的参数。

在一个实施例中，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制方法，还包括：

将二维模糊控制器的规则知识库中的规则提取后发送至后台服务器；同时将对应规则的使用记录及使用后的永磁同步电机的运行数据发送至后台服务器；

接收后台服务器对于规则、使用记录和运行数据的综合分析结果，当分析结果存在规则的调整要求时，对规则进行调整；

其中，后台服务器生成综合分析结果的步骤具体如下：

将规则、使用记录和运行数据公示；

接收多个专家用户对于公示的数据的输入数据；输入数据为专家用户根据规则、使用记录和运行数据进行实验总结分析后输入；

解析输入数据，确定规则的准确性，当规则为准确时，综合分析结果包括无需更改规则；

当规则为不准确时，对输入数据进行二次解析，获取准确的规则；

其中，解析输入数据，确定规则的准确性，包括：

解析输入数据，确定各个专家用户的判断结果；

获取各个专家用户的专业度及预设的领域权重矩阵；

基于规则所属领域和领域权重矩阵，确定专家用户的权重；

基于判断结果、专业度和权重，确定规则的准确值，准确值的计算公示如下：

其中，F为准确值；A

当准确值为正值时，规则为准确；否则，为不准确；

对输入数据进行二次解析，获取准确的规则，包括：

对输入数据进行二次解析，获得多个待筛选规则；

获取带筛选规则对应的支持的专家用户的权重、专业度和判断结果；

基于判断结果、专业度和权重，确定待筛选规则的支持值；支持值为所有支持带筛选规则的专家用户的专业度与权重的积的和值；

将支持值最大的待筛选规则作为规则调整的目标。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过多个专家用户对规则的运行的实际的分析及反馈，对规则的准确度进行确定，当规则不准确，及时更新；以保证规则的准确性，从而保证模糊控制的准确性。其中，专业度为根据专家用户的研究方向等实际数据进行评定后配置给专家用户。

本发明还提供一种基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统，包括：

获取模块，用于获取转速环的输入信号；

输入模块，用于将输入信号输入二维模糊控制器，获取输出量；

调节模块，用于基于输出量对PI参数进行调节。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过对转速环的输入信号进行模糊处理，对PI参数进行调节。即在永磁同步电机矢量控制系统的转速环采用模糊PI控制器来改进传统的PI控制器，在传统PI控制器基础上加入模糊控制器，对传统PI参数进行调节，以此增强系统的动、静态性能，其建立过程如下：采用二维模糊控制器确定模糊控制器的语言变量，即表示模糊控制器输入量和输出量的大小程度；隶属度函数选择，不同的隶属度函数具有各自优缺点，本文对于永磁同步电机矢量控制系统选择正态分布型和三角形结合的方式；对转速环输入信号，即转速偏差和偏差变化率进行模糊化，将其变化到模糊论域中；建立模糊控制规则。对传统的速度环PI控制器进行改进，缩短了系统调节时间以及减小了系统超调量，在静态性能方面加强了系统的可靠性与抗干扰能力。

在一个实施例中，输入信号包括：转速偏差和转速偏差的变化率。将转速偏差和转速偏差的变化率作为二维模糊控制器的输入。

在一个实施例中，调节模块执行如下操作：

基于输出量中的比例系数对PI参数中的比例系数进行调节，调节后的PI参数中的比例系数为原比例系数与输出量中的比例系数的和值；

基于输出量中的积分系数对PI参数中的积分系数进行调节，调节后的PI参数中的积分系数为原积分系数与输出量中的积分系数的和值。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过对PI参数的比例系数和积分系数进行修正，实现更好的控制效果。

在一个实施例中，基于模糊PI控制的永磁同步电机矢量控制系统，还包括：更新模块，更新模块执行如下操作：

获取永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数；

将运行参数、状态参数和运行环境参数发送至后台服务器中，并接收后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数；

其中，运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间其中一种或多种结合；

状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力其中一种或多种结合；

运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压其中一种或多种结合；

后台服务器基于运行参数、状态参数和运行环境参数确定的PI控制器的比例系数和积分系数，包括：

基于预设的提取模板对运行参数、状态参数和运行环境参数进行提取，基于提取的数值构建调取标识；

获取预设的PI参数库；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；

基于调取标识从PI参数库中调取对应的比例系数和积分系数；包括：

计算调取标识与PI参数库中每组比例系数和积分系数对应的标识之间的相似度，相似度计算公式如下：

其中，D

调取相似度最大的标识对应的一组比例系数和积分系数。

上述技术放哪的工作原理及有益效果为：

根据实际情况调用不同的PI参数的比例系数和积分系数，使电机的控制更符合其应用的环境。实际情况主要从永磁同步电机的运行参数、状态参数、运行环境参数这几方面考虑。运行参数包括：电压、电流、转速、输出扭矩、本次运行时间、累计运行时间等标示电机运行时状况的参数；状态参数包括：永磁同步电机的各个部件的温度、永磁同步电机的各个部件之间的应力等标示电机状态的参数；运行环境参数包括：环境温度、环境重力、环境气压等标示电机所处的运行环境的参数。

在一个实施例中，更新模块还执行如下操作：

将二维模糊控制器的规则知识库中的规则提取后发送至后台服务器；同时将对应规则的使用记录及使用后的永磁同步电机的运行数据发送至后台服务器；

接收后台服务器对于规则、使用记录和运行数据的综合分析结果，当分析结果存在规则的调整要求时，对规则进行调整；

其中，后台服务器生成综合分析结果的步骤具体如下：

将规则、使用记录和运行数据公示；

接收多个专家用户对于公示的数据的输入数据；输入数据为专家用户根据规则、使用记录和运行数据进行实验总结分析后输入；

解析输入数据，确定规则的准确性，当规则为准确时，综合分析结果包括无需更改规则；

当规则为不准确时，对输入数据进行二次解析，获取准确的规则；

其中，解析输入数据，确定规则的准确性，包括：

解析输入数据，确定各个专家用户的判断结果；

获取各个专家用户的专业度及预设的领域权重矩阵；

基于规则所属领域和领域权重矩阵，确定专家用户的权重；

基于判断结果、专业度和权重，确定规则的准确值，准确值的计算公示如下：

其中，F为准确值；A

当准确值为正值时，规则为准确；否则，为不准确；

对输入数据进行二次解析，获取准确的规则，包括：

对输入数据进行二次解析，获得多个待筛选规则；

获取带筛选规则对应的支持的专家用户的权重、专业度和判断结果；

基于判断结果、专业度和权重，确定待筛选规则的支持值；支持值为所有支持带筛选规则的专家用户的专业度与权重的积的和值；

将支持值最大的待筛选规则作为规则调整的目标。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过多个专家用户对规则的运行的实际的分析及反馈，对规则的准确度进行确定，当规则不准确，及时更新；以保证规则的准确性，从而保证模糊控制的准确性。其中，专业度为根据专家用户的研究方向等实际数据进行评定后配置给专家用户。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。