基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法及系统与流程

本发明涉及变频控制，尤其涉及基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法及系统。

背景技术：

1、同步电机，也称为同步旋转电机，是一种转子转速与定子磁场旋转速度同步的电机。同步电机能够在不同的负载条件下维持恒定的速度，这使得同步电机非常适合用于同步驱动系统。同步电机的这种特性，使其在诸如启闭机这类对速度稳定性和精确控制有高要求的设备中得到了广泛应用。启闭机智能变频控制是指利用现代控制技术和变频技术对启闭机（一种用于控制水闸、闸门等水利设施的设备）进行精确控制的方法。通过调整电机的输入频率，可以平滑地控制启闭机的运行速度和位置，实现高效、节能和精确的控制。

2、启闭机在水利工程中扮演着重要角色，它们需要精确地控制水位和流量。传统的启闭机控制系统可能存在效率低下、响应慢或者控制不够精确的问题。随着技术的发展，现代控制系统，如智能变频控制，被引入以提高性能。智能变频控制通过实时调整电机的运行频率，优化启闭机的运行效率和响应速度。

3、现有的变频控制方法中，例如中国专利申请cn116557324a公开了一种住宅厨房集中烟道屋顶风机变频控制方法，其通过构建系统管网阻力模型，经计算寻找定静压控制法的静压控制值的定静压变频方法，确定了屋顶风机启闭的控制策略。但是上述方法在具体应用时还存在以下不足：主要依靠静压控制法确定风机启闭策略，但缺乏智能优化手段，难以应对多变的运行环境，无法对电机的频率根据运行状态进行调整，不利于降低功耗。

4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的是提供基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法，该基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法包括以下步骤：

4、s1、获取启闭机的实时运行数据，并基于实时运行数据，通过变频器调节同步电机的运行频率，实现同步电机的启动、运行和停止控制。

5、s2、对实时运行数据预处理，形成历史运行数据。

6、s3、基于模糊逻辑控制算法及历史运行数据，优化同步电机的运行频率。

7、s4、根据优化后的同步电机的运行频率实现启闭机的智能变频控制。

8、可选地，实现同步电机的启动、运行和停止控制包括以下步骤：

9、s11、基于软启动技术逐步将同步电机加速至设定速度；

10、s12、达到设定速度后，维持同步电机稳态运行，并根据负载变化调整同步电机频率；

11、s13、基于软停止技术逐步将同步电机减速至停止。

12、可选地，基于模糊逻辑控制算法及历史运行数据，优化同步电机的运行频率包括以下步骤：

13、s31、基于聚类算法去除历史运行数据中的误差数据，得到优化后数据；

14、s32、通过优化后的隶属度函数将优化后数据中的位置、速度及负载数据转换为模糊值；

15、s33、基于决策树算法创建模糊规则库；

16、s34、根据当前的位置、速度和负载的模糊值，通过模糊规则进行推理，获取同步电机频率的调整方向；

17、s35、根据同步电机频率的调整方向，将推理结果转换为同步电机的电机频率调整值；

18、s36、根据同步电机的电机频率调整值优化同步电机的运行频率。

19、可选地，基于聚类算法去除历史运行数据中的误差数据，得到优化后数据包括以下步骤：

20、s311、使用肘部法则确定最佳的聚类数目k；

21、s312、初始化k个聚类中心，并将每个数据点分配给最近的聚类中心；

22、s313、基于分配的数据点的均值，更新聚类中心的位置；

23、s314、重复分配和更新，直到满足停止条件；

24、s315、分析每个聚类的特征，确定聚类中心及分布，且设定阈值，确定误差数据，并从历史运行数据中移除误差数据，得到优化后的数据。

25、可选地，使用肘部法则确定最佳的聚类数目包括以下步骤：

26、s3111、确定k值范围，且对每个k值执行k均值聚类算法；

27、s3112、对于每个k值，计算聚类的总内部平方和；

28、s3113、在肘部图上绘制k值与总内部平方和之间的关系，且横轴为k值，纵轴为总内部平方和；

29、s3114、位于肘部图内寻找总内部平方和下降速率骤减的点，得到肘点；

30、s3115、选择肘点对应的k值作为最佳的聚类数目。

31、可选地，通过优化后的隶属度函数将优化后数据中的位置、速度及负载数据转换为模糊值包括以下步骤：

32、s321、根据专家经验设计初始隶属度函数；

33、s322、对优化后数据进行统计分析，计算各变量的分布特性；

34、s323、将隶属度函数的中心位置移动到数据的均值位置，并根据数据的标准差调整隶属度函数的宽度，使其覆盖大部分数据，得到优化后的隶属度函数；

35、s324、通过优化后的隶属度函数将优化后数据转换为模糊值。

36、可选地，基于决策树算法创建模糊规则库包括以下步骤：

37、s331、确定优化后数据中每个数据点的性能等级标签，并融入优化后数据中；

38、s332、将优化后数据划分为训练集和测试集；

39、s333、使用训练集数据来构建决策树，并分割训练集数据，同时使用测试集来评估决策树的性能；

40、s334、从决策树中提取模糊规则，并组成模糊规则库。

41、可选地，使用训练集数据来构建决策树，并分割训练集数据包括以下步骤：

42、s3331、对于训练集数据，计算信息熵，公式为：

43、；

44、式中， entropy表示信息熵， x表示训练集数据；

45、 n表示训练集数据中类别的总数；

46、 p i表示训练集数据中第 i类样本的比例；

47、s3332、对于训练集数据中的每个特征x，计算特征对训练集数据的信息增益，公式为：

48、；

49、式中， information gain表示信息增益， x表示训练集数据；

50、 x表示用于分割训练集数据的特征；

51、 values（ x）表示特征 x所有值的集合；

52、 x v表示根据特征 x的值 v划分的数据子集；

53、∣ x∣表示训练集数据中的样本总数；

54、∣ x v∣表示子集 x v中的样本数；

55、 entropy（ x v）表示子集 x v的信息熵；

56、s3333、根据信息增益的大小，选择使信息增益最大的特征作为节点进行数据划分；

57、s3334、递归地对每个子集重复数据划分，直到满足停止条件。

58、可选地，从决策树中提取模糊规则，并组成模糊规则库包括以下步骤：

59、s3341、从决策树的根节点开始，沿着每个分支遍历到叶节点；

60、s3342、将每个路径从根到叶节点的条件转换为if-then规则，得到模糊规则，根据所有模糊规则构建模糊规则库。

61、根据本发明的另一个方面，提供了基于同步驱动的启闭机智能变频控制系统，该基于同步驱动的启闭机智能变频控制系统包括电机控制模块、运行数据收集模块、频率优化模块及变频控制模块。

62、其中，电机控制模块，用于获取启闭机的实时运行数据，并基于实时运行数据，通过变频器调节同步电机的运行频率，实现同步电机的启动、运行和停止控制。

63、运行数据收集模块，用于收集并整理一段时间内的实时运行数据，形成历史运行数据。

64、频率优化模块，用于基于模糊逻辑控制算法及历史运行数据，优化同步电机的运行频率。

65、变频控制模块，用于根据优化后的同步电机的运行频率实现启闭机的智能变频控制。

66、本发明包括以下有益效果：

67、（1）本发明提供的基于同步驱动的启闭机智能变频控制方法及系统，通过智能变频控制，能根据实际运行状态调整同步电机功率输出，减少能源浪费，降低了机械磨损并延长设备寿命，显著提高了能效、控制精度和操作稳定性，同时加快了系统响应速度并提升了设备的安全性；

68、（2）本发明通过变频器调节同步电机频率，使启闭机中的同步电机的启动、运行和停止更加平稳和精确，减少机械冲击和磨损，提高设备的使用寿命。收集和整理实时运行数据，积累丰富的历史数据，为后续分析和优化提供基础；

69、（3）通过模糊逻辑控制算法能够处理复杂和不确定性因素，通过历史数据的学习和分析，动态调整同步电机的运行频率，实现智能优化。模糊逻辑控制能够根据不同的运行环境和负载情况，灵活调整同步电机频率，提高系统的适应性和响应速度。通过优化同步电机运行频率，可以进一步提升启闭机的运行效率，减少能源消耗和运行成本；

70、（4）本发明使用模糊逻辑控制算法时，聚类算法能够有效识别和剔除异常和误差数据，提高数据的准确性和可靠性。去除误差数据后，优化后的数据更真实地反映设备的运行状态。利用决策树算法能够从优化后的数据中自动提取和生成模糊规则，构建完善的模糊规则库，减少人工干预和主观性。通过决策树生成的规则库结构清晰、逻辑明确，便于快速查找和应用，提高模糊推理的效率。同时对隶属度函数进行优化，可以使得隶属度函数更加符合实际数据分布，提高模糊化处理的准确性和可靠性。