1.一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a)设海洋绞车升沉运动时其开关磁阻电机对应的最大转速为电机制动初始给定转速;
步骤b)控制开关磁阻电机以步骤a)所得电机制动初始给定转速在恒加速度模式下制动运行,实时检测开关磁阻电机某相在其制动过程中每个电感变化周期起始时刻对应的制动给定转速;
步骤c)以制动能量回馈效率、制动转矩脉动系数为优化目标,采用基于渐进约束支配法则的双目标非支配排序遗传算法求得步骤b中每个电感变化周期的最优开通角、关断角及换相重叠角;
步骤d)根据步骤c)所得每个电感变化周期的最优开通角、关断角及换相重叠角以及步骤b)中每个电感变化周期起始时刻对应的制动给定转速,得最优开通角、关断角及换相重叠角与制动给定转速间的函数关系;
步骤e)根据步骤d)所得函数关系,计算开关磁阻电机实际制动运行时所需跟踪的制动给定转速,即可获得每相绕组在当前制动给定转速下所对应的最优开通角、关断角及换相重叠角;
步骤f)根据步骤e)所得最优开通角、关断角及换相重叠角对每相绕组所对应功率开关实施控制,以使系统在最优制动能量回馈效率、最小制动转矩脉动系数下全过程运行。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤a)中根据海洋绞车最大升沉运动速度确定其驱动用开关磁阻电机对应的最大转速,具体公式如下:式中:nmax为开关磁阻电机对应的最大转速,vmax为海洋绞车最大升沉运动速度,R为海洋绞车卷筒半径,kb为绞车卷筒与开关磁阻电机之间的传动比。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤c)具体为:针对每个电感变化周期,以开关磁阻电机开通角、关断角及换相重叠角为优化对象,以制动能量回馈效率、制动转矩脉动系数为优化目标,采用基于渐进约束支配法则的双目标非支配排序遗传算法进行优化,得该电感变化周期对应的最优开通角、关断角及换相重叠角。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤c)具体步骤如下:
1)分别建立两个优化目标对应的目标函数;
2)建立约束条件;
3)计算父代种群Pa的目标函数f1(x)与f2(x),进行快速非支配排序并计算拥挤度;
4)计算第a代父代种群Pa所得第a代种群Ra的目标函数f1(x)与f2(x);
5)根据步骤4)所得第a代种群Ra中每个个体xai的f1(xai)和f2(xai)值,求得各个体xai的总渐进反约束度;
6)根据步骤4)与步骤5)中所得Ra中每个个体xai的f1(xai)和f2(xai)值及其总渐进反约束度,计算其对应各个体xai的渐进被支配数;
7)将渐进被支配数为零的个体从第a代种群Ra移入种群Ua中,并标注其支配等级为rank;
8)判断步骤7)所得第a代种群Ra中的个体数目是否为零,若不为零,则rank加1后,将Ra中剩余个体对应的渐进被支配数减1,返回步骤7);若第a代种群Ra中的个体数目为零,则计算Ua中各个体的拥挤度,然后进入步骤9);
9)对Ua中各个体进行排序,具体为:rank值不同的个体按rank值从小到大进行排序,rank值相同的个体按拥挤度从大到小进行排序,得排序后的种群U’a;
10)将步骤9)所得排序后的种群U’a中前M个个体作为下一代的父代种群Pa+1;
11)判断迭代次数是否达到最大迭代次数Kmax;若达到,则输出种群Pa+1;否则,迭代次数a加1,返回步骤4);
12)根据步骤11)所得种群Pa+1,构建决策权重函数g(x(a+1)i),并计算每个个体对应的决策权重函数值;
13)根据步骤12)所得每个个体对应的决策权重函数值,取其中最小值对应的个体作为最优解,由此得到对应的开通角、关断角及换相重叠角最佳取值。
5.根据权利要求4所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤c)中3)具体步骤为:
3.1)初始化种群个体数量M和最大迭代次数Kmax,设置变量a的初始值为1,随机产生第a代父代种群Pa;
3.2)实时采集开关磁阻电机在当前电感变化周期内的转矩、转子角速度、直流母线电压以及当前相绕组对应的转子位置角与相电流值,计算种群Pa中每个个体xai(i=1,…,2M)对应的目标函数f1(xai)与f2(xai)值。
6.根据权利要求4所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤c)中5)具体步骤为:
5.1)根据步骤2)建立的约束条件计算个体xai的总反约束度;
5.2)将步骤5.1)所得计算结果构成可行解集和不可行解集;
5.3)找出步骤5.2)所得可行解集Xfa中的非支配可行解,求得可行解集Xfa中每个可行解xfi的被支配数,将被支配数为零的可行解称为第a代非支配可行解,构成非支配可行解集1;
5.4)根据步骤5.3)所得非支配可行解集1,计算第a代种群Ra的收敛性评价指标CRa、约束边缘拥挤距离Dist和非支配可行解的平均拥挤距离dist;
5.5)当迭代次数为1时计算收敛阈值CV,当迭代次数不为1时进入步骤5.6);
*
5.6)计算个体xai的第j个渐进反约束度Gj(xai);
*
5.7)根据步骤5.6)所得渐进反约束度,计算个体xai的总渐进反约束度G(xai)。
7.根据权利要求4所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤c)中6)的具体操作为:
6.1)判断个体xai是否为渐进可行解根据步骤5.7)中的计算结果,若xai的总渐进反约束度G*(xai)大于零,则称xai为渐进不可行解;否则,称xai为渐进可行解;
6.2)计算每个个体对应的渐进被支配数
6.2.1)设置变量i的初始值为1,设置中间变量k的初始值为1,设每个个体xai渐进被支配数的初始值为0;
6.2.2)计算xai的渐进被支配数* *
a)若xai与xak均为渐进不可行解,且G (xai)>G(xak),则xai的渐进被支配数加1;否则,xai的渐进被支配数不变;
b)若xai为渐进不可行解,xak为渐进可行解,则xai的渐进被支配数加1;
c)若xai为渐进可行解,xak为渐进不可行解,则xai的渐进被支配数不变;
d)若xai与xak均为渐进可行解,则计算xai和xak对应的两个目标函数值,当以目标函数最小化为目标的前提下,如果满足:f1(xai)≥f1(xak),f2(xai)≥f2(xak);且同时满足f1(xai)>f1(xak)或f2(xai)>f2(xak)时,则将xai的渐进被支配数加1;否则,xai的渐进被支配数不变;当以目标函数最大化为目标的前提下,如果满足:f1(xai)≤f1(xak),f2(xai)≤f2(xak);且同时满足f1(xai)
6.2.3)判断k是否到达2M,若达到,则进入步骤6.2.4);否则k加1后,返回步骤6.2.2);
6.2.4)判断i是否达到2M;若达到,则进入步骤6.2.5);否则,i加1,k赋值为1后,返回步骤6.2.2);
6.2.5)输出每个个体xai(i=1,…,2M)的渐进被支配数。
8.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动海洋绞车主动升沉补偿再生制动优化控制方法,其特征在于,步骤(4)中根据步骤(3)中所得G个电感变化周期对应的最优开通角、关断角及换相重叠角以及相应的制动给定转速,采用数值拟合方法分别得到相应的最优开通角、关断角及换相重叠角与相应制动给定转速间的函数关系,具体如下:式中:θon(ng)、θoff(ng)和θov(ng)分别表示最优开通角、关断角及换相重叠角函数;ng为制动给定转速;ai、bi、mi分别为函数θon(ng)中的系数;zi为函数θoff(ng)中的系数;ci为函数θov(ng)中的系数;r、p、q分别为函数θon(ng)、θoff(ng)和θov(ng)中的项数,所述各系数与项数采用最小二乘法进行确定。