一种基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114217522A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202111532715.8(22)申请日2021.12.15(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人邵定国黄彦斌邵家懿(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人何文欣(51)Int.Cl.G05B11/42(2006.01)权利要求书3页说明书12页附图3页(54)发明名称一种基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法(57)摘要本发明公开了一种基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，将数据驱动控制理论与永磁同步电机控制器参数自整定相结合，提出了针对永磁同步电机的控制器参数自整定方法，本发明方法只需人工设定目标控制性能，即可对控制器参数进行自整定，仿真和实验结果证明该方法正确、有效、高效，性能极佳，可完全取代人工凑试PID参数。本发明方法解决了业界普遍采用的永磁同步电机控制参数凑试法无法得到优化结果的难题，具有很好的理论价值和应用意义。CN114217522ACN114217522A权利要求书1/3页1.一种基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，其特征在于，包括以下操作步骤：(1)利用虚拟参考反馈整定方法整定永磁同步电机控制系统中的PID控制器参数；(2)通过对被控对象施加激励信号，获取被控对象的输入输出数据，用于PID参数的离线整定；(3)根据目标控制性能，结合被控对象的特性，设计合适的参考模型，将参考模型作为PID参数整定的基准；(4)运用虚拟参考反馈整定方法，对PID控制器参数进行整定，使被控系统的动态性能逼近参考模型的动态性能，完成PID控制器参数整定。2.根据权利要求1所述基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，被控对象的输入输出数据包括：在永磁同步电机矢量控制系统中，被控对象的输入输出数据为{uq(t),iq(t)}t＝1,2,…,N；对转速环，被控对象的输入输出数据为{iqref(t),n(t)}t＝1,2,…,N；其中，uq为q轴电压，iq为q轴电流，iqref为q轴电流给定值，n为电机转速，t为对系统的采样序号，表示第t次采样，N为最大采样次数。3.根据权利要求2所述基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，合适的参考模型包括：参考模型选择为一阶系统、二阶系统或者高阶系统，参考模型的表达式为：其中，a0,a1,…,an表示分母多项式系数；n为系统阶次，n≤2，s为参考模型传递函数复频域下的算子。4.根据权利要求1所述基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，虚拟参考反馈整定方法为：(4‑1)首先获得被控对象的一组输入输出数据；(4‑2)根据先验知识方法设计一个参考模型M(z)，z为参考模型在z域的算子；(4‑3)计算虚拟误差信号其中，y0(t)为从被控系统采集的一组输出数据，为被控系统虚拟的给定信号，t为对系统的采样序号，表示第t次采样，M‑1(z)为参考模型的逆变换；(4‑4)设计合适的滤波器L(z)，利用滤波器对和u0(t)进行滤波处理；其中，eL(t)为滤波后的误差信号，uL(t)为滤波后的输入信号，u0(t)为从被控系统采集的一组输入数据；2CN114217522A权利要求书2/3页(4‑5)根据性能指标式确定期望的控制器参数：其中，N为最大采样次数，t为对系统的采样序号，表示第t次采样，θ为控制器参数，z为参考模型在z域的算子，uL(t)为滤波后的输入信号，C(z；θ)为控制器z域的传递函数，eL(t)为滤波后的误差信号，L为设计的滤波器。5.根据权利要求4所述基于数据驱动的永磁同步电机PID控制器参数整定方法，其特征在于：在所述步骤(4‑4)中，滤波器的设计包括：首先，假设被控系统的输入输出数据不含噪声，有其中，JMR(θ)为控制器参数优化指标，θ为控制器参数，PC(θ)为被控系统与控制器的串联模型传递函数，M为参考模型，W为权重函数，z为参考模型在z域的算子，ω为积分变量；考虑性能指标将系统的输入输出信号视为平稳和遍历随机过程的实现，则当可用数据量增加足够多时，即N→∞时，则：JVR(θ)是的渐进值，当N足够大时，的最小值将收敛到JVR(θ)的最小值；根据Parseval定理，可得到频域表达式：其中，Φu为信号u(t)的功率谱密度；L(z)为设计的滤波器在z域的传递函数，P(z)为被控对象在z域的传递函数，u(t)为被控系统的输入信号，P为被控对象传递函数，C(θ)为控制器传递函数，C0为控制器初始参数；比较JMR(θ)和JV