本发明涉及自动化控制，尤其涉及一种多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法及系统。
背景技术：
1、目前工业界各领域都在积极构建安全、高效、清洁、低碳的新型能源结构。鼓风机正广泛应用于多个工业领域，如高炉炼制钢铁时提供充足空气，使炉内达到所需高温，相比于高炉鼓风机组所用的传统电机径向磁通电机，将轴向磁通电机应用于鼓风机系统具备较大优势，将会带来更高的功率密度和效率、更小的空间体积和重量、更好的散热性能、更小的噪音和振动以及更灵活的集成控制系统。
2、传统径向磁通电机体积与重量较大、同等体积重量下功率较小等问题，当将其应用于鼓风机控制系统中时，一方面可能会限制其在鼓风机中的安装空间，同时增加鼓风机整体重量，特别是对于需要紧凑设计的高炉鼓风机产品而言，需要额外的空间设计和结构支持；另一方面在大功率应用场合中，径向磁通电机在启动和停止过程需要更为精细的控制策略，尽管其在高速运转工况下效率较好，但低速工况往往表现不佳，单台盘式电机应用于鼓风机驱动系统存在的输出功率范围小、单台驱动电机故障风险高、后期维护检修较复杂等问题；当将单台盘式电机作为鼓风机驱动电机，一方面当其应用于大功率生产工况时，单台驱动电机无法完全满足生产需求，另一方面，当单电机发生故障时，鼓风机组整体便无法持续工作，造成生产中断，并进一步造成严重经济损失，目前关于高炉鼓风机的研究，多是基于提升单台鼓风机的性能，未有较为系统的由多台鼓风机构成的鼓风机组控制系统研究，无法满足多种情况下的调控效率需求，输出功率无法满足对应高炉的生产风量需求，造成生产中断等问题。
3、因此需要一种具有多层多级的控制结构提高鼓风机协同配合的控制方法，提高输出功率与合理分配。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明提供了一种多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法及系统解决现有的方法在现有鼓风机结构系统在低速工况往往表现不佳、输出功率范围小、单台驱动电机故障风险高、单台驱动电机无法完全满足生产需求，无法满足多种情况下的调控效率需求，输出功率无法满足对应高炉的生产风量需求，造成生产中断的问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
4、第一方面，本发明提供了一种多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，所述方法应用于鼓风机组装置，所述装置包括至少一个鼓风机以及所述鼓风机包括多盘轴向磁通电机驱动层，所述驱动层包括至少一个模块化盘式轴向磁通永磁同步电机，所述电机包括四个模块，每个模块包括两个单元，每单元由中间的转子和一侧的定子构成；
5、所述方法包括：
6、以鼓风机输出风量、风压效率最优为控制目标，获取鼓风机所需输出功率，将所需输出功率转化为所需输出转矩；
7、依据所述所需输出转矩，通过引入不同的运行模式和模式间切换约束条件构建预测优化模型，根据预测优化模型的当前状态和预测状态，判断是否满足优化目标，以动态调整控制变量并输出切换模式；
8、基于模式切换后所驱动的相应模块，获取相应模块的输出转矩和输出功率，以及鼓风机系统总需求转矩并输入至神经网络，以得到每个盘式电机单元的最优输出转矩。
9、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：所述不同的运行模式包括：
10、第一运行模式为单模块运行，由单个模块提供全部所需的转矩；
11、第二运行模式为双模块运行，该两个模块均分系统所需转矩；
12、第三运行模式为三模块运行，该三个模块均分系统所需转矩；
13、第四运行模式为四模块运行，该四个模块均分系统所需转矩；
14、每一模块额定功率及额定输出转矩一致。
15、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：构建预测优化模型包括：定义状态变量和控制变量；
16、所述状态变量xk包括：单鼓风机系统总需求转矩ttotal；每个模块电机的实时输出转矩t1、t2、t3、t4；每个模块电机的实时输出功率p1、p2、p3、p4-；不同模块相同的额定输出转矩tn，不同模块相同的额定输出功率pn；所述控制变量uk包括：每个模块电机的实时输出转矩t1、t2、t3、t4。
17、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：构建预测优化模型还包括：确定优化目标；
18、最小化系统总需求转矩ttotal与预设值之间的误差，以及，最小化每个模块化电机的输出转矩与额定转矩之间的差异。
19、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：所述构建预测优化模型中模式间切换约束条件包括：
20、每个模块化电机的额定约束，表示为：
21、ti≤tn,pi≤pn,
22、其中，ti表示不同模块i实时输出转矩；tn表示不同模块相同的额定输出转矩；pi表示不同模块i实时输出功率；pn表示不同模块的额定输出功率；
23、切换模式的约束条件，包括：
24、从第一模式到第二模式，当单模块输出功率超过其额定转矩时，可切换至双模块共同运行，表示为：
25、ttotal≥k1·tn
26、从第二模式到第三模式：当总需求转矩超过两倍额定转矩时，可切换至三模块共同运行，表示为：
27、ttotal≥k2·tn
28、从第三模式到第四模式：当总需求转矩超过三倍额定转矩时，切换至四模块共同运行，表示为：
29、ttotal≥k3·tn
30、从第四模式到第一模式：当总需求转矩近似保持在单额定转矩附近，表示为：
31、ttotal≤k1·tn
32、其中，k1、k2、k3用于指示模块输出接近或超过额定转矩时切换模式。
33、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：所述预测优化模型表示为：
34、
35、其中，xk+j|k为在k时刻对时间步长j的预测状态；uk+j|k为在k时刻对时间步长j的预测控制变量；q和r是权重矩阵，用于平衡状态变量的重要性和控制变量的权重；n为4，表示模块数。
36、作为本发明所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的一种优选方案，其中：所述方法还包括故障响应机制，所述故障响应机制具体包括：
37、设置一台备用鼓风机，一座高炉对应一个常规鼓风机；
38、当任意一个高炉i对应的常规鼓风机i′出现故障时，关闭鼓风机i′的电动阀，同时打开备用鼓风机的电动阀，以及相应的拨风阀，同时由剩余常规鼓风机和备用鼓风机对高炉进行风量输入；
39、风量分配包括：
40、设定每座高炉i设定最小风量对应的转矩需求tmin_i(i＝0,1,2......)；
41、运行中的鼓风机调整其输出转矩，以满足高炉的额外需求转矩：
42、textra_i＝max(0,toutput_i-ta)(i＝1、2、……、n；a＝1、2、……、n-1)
43、其中，textra_i为第i个高炉所需额外风量对应的需求转矩；toutput_i为第i个高炉的总需求转矩；ta为第a个正常运行的常规鼓风机实时输出转矩；tn为运行中的备用鼓风机实时输出转矩；
44、若高炉所需额外风量对应的需求转矩textra_i大于鼓风机a的的实际输出转矩ta,则鼓风机a全力输出满足第i个高炉的转矩需求；否则，将按照比例将第i个高炉所需额外风量的转矩需求共同分配给第a台鼓风机和第a+1台鼓风机。
45、鼓风机a空闲能力比例xa，及其后一台鼓风机a+1空闲能力比例xa+1(i＝a＝1，2，3......n)，表示为：
46、
47、最终得到第a台鼓风机及其相邻的后一台第a+1台鼓风机所需输出风量对应的转矩：
48、
49、第二方面，本发明提供了一种多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制系统，包括：获取模块，用于以鼓风机输出风量、风压效率最优为控制目标，获取鼓风机所需输出功率，将所需输出功率转化为所需输出转矩；
50、第一调控模块，用于依据所述所需输出转矩，通过引入不同的运行模式和模式间切换约束条件构建预测优化模型，根据预测优化模型的当前状态和预测状态，判断是否满足优化目标，以动态调整控制变量并输出切换模式；
51、第二调控模块，用于依据于模式切换后所驱动的相应模块，获取相应模块的输出转矩和输出功率，以及鼓风机系统总需求转矩并输入至神经网络，以得到每个盘式电机单元的最优输出转矩。
52、第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括：
53、存储器和处理器；
54、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的步骤。
55、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的步骤。
56、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明基于多模块轴向磁通电机作为核心驱动电机，以鼓风机输出风量、风压效率最优为控制目标，采用了转矩分级优化分配策略，模块间采取不同模块均分的方式，研究确定了换用不同模块进行控制的边界条件，同时规定了单鼓风机的不同运行模式；模块内采取系统总损耗最小的转矩分配策略，基于神经网络算法，将其转化为目标优化问题，保证电机系统的高效运行；鼓风机组内针对单台鼓风机故障等特殊时刻，以系统维持平稳运行为控制目标，设计了不同鼓风机组之间双向拨风、送风等故障处理方法，保证了控制系统的轻量化、高效化；控制系统的宽功率范围输出、提升了系统运行的故障容错能力及安全性；实现一对多输出，有效提升电机控制系统的输出效率和经济性。
1.一种多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，所述方法应用于鼓风机组装置，所述装置包括至少一个鼓风机以及所述鼓风机包括多盘轴向磁通电机驱动层，所述驱动层包括至少一个模块化盘式轴向磁通永磁同步电机，所述电机包括四个模块，每个模块包括两个单元，每单元由中间的转子和一侧的定子构成；
2.如权利要求1所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，所述不同的运行模式包括：
3.如权利要求2所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，构建预测优化模型包括：定义状态变量和控制变量；
4.如权利要求3所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，构建预测优化模型还包括：确定优化目标；
5.如权利要求4所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，所述构建预测优化模型中模式间切换约束条件包括：
6.如权利要求5所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，所述预测优化模型表示为：
7.如权利要求6所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法，其特征在于，所述方法还包括故障响应机制，所述故障响应机制具体包括：
8.一种应用如权利要求1所述的多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述多盘轴向磁通电机的鼓风机组控制方法的步骤。
