一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术专利公开了一种永磁同步电机的高可靠性电流预测控制方法及其系统，针对无差拍电流预测控制的以上缺陷，根据永磁同步电机的离散数学模型，建立了线性扩张状态观测器来预测下一周期的电流，并观测出参数变化造成的电压干扰，并将电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器中，解决了永磁同步电机采用无差拍电流预测控制对电机参数的依赖，鲁棒性低，稳态精度低，运行可靠差的技术问题，本发明专利技术方法电机动态响应快，稳态控制精度高，鲁棒性高，运行可靠。

A High Reliability Current Predictive Control Method and System for Permanent Magnet Synchronous Motor

The patent of the invention discloses a high reliability current predictive control method and its system for permanent magnet synchronous motor. In view of the above defects of deadbeat current predictive control, according to the discrete mathematical model of permanent magnet synchronous motor, a linear extended state observer is established to predict the current in the next cycle, and the voltage disturbance caused by parameter changes is observed, and the voltage disturbance is compensated to zero. The deadbeat current predictive controller solves the technical problems of permanent magnet synchronous motor (PMSM) using deadbeat current predictive control to depend on motor parameters, such as low robustness, low steady-state accuracy and poor operation reliability. The method of the invention has fast dynamic response, high steady-state control accuracy, high robustness and reliable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法及其系统所属领域本专利技术涉及永磁同步电机
，尤其涉及一种永磁同步电机的高可靠性电流预测控制方法及其系统。
技术介绍
永磁同步电机由于具有效率高、体积小，结构简单等特点，近几年被广泛应用于航空航天、家电、电动汽车等领域。现有的永磁同步电机控制技术中，矢量控制的应用最为广泛，它包括转速外环和电流内环的双闭环控制结构，电流环的设计决定了电机控制系统的动态响应速度和稳态精度，其控制器多采用PI控制器。然而作为一个多变量、强耦合的非线性系统，传统的PI控制的性能易受系统不确定性以及外部扰动的影响，其次采用PI控制时电机的极点会随着转速的变化而变化，所以采用传统的PI控制无法在全速段的范围内都达到一个高性能的控制特性。无差拍电流预测控制算法是根据电机和逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型预测下一时刻逆变器的开关信号，可以提高永磁同步电机电流环的动态响应，降低电机的转矩脉动。但由于控制器的输出与电机模型参数之间存在着密切的联系，因此传统的无差拍电流预测控制需要高精度的模型参数，尤其是电机电感的参数，当系统存在50％以上的电感误差时，控制器开始发散，当存在磁链误差时，控制器虽然能稳定，但是稳态时会存在稳态误差，因此，如何合理利用无差拍电流预测控制，最大程度的减小误差，是本领域急需解决和克服的问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种永磁同步电机的高可靠性电流预测控制方法及其系统，针对无差拍电流预测控制的以上缺陷，根据永磁同步电机的离散数学模型，建立了线性扩张状态观测器来预测下一周期的电流，并观测出参数变化造成的电压干扰，并将电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器中，解决了永磁同步电机采用无差拍电流预测控制对电机参数的依赖，鲁棒性低，稳态精度低，运行可靠差的技术问题，本专利技术方法电机动态响应快，稳态控制精度高，鲁棒性高，运行可靠。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法，包括以下步骤：S1，tk时刻永磁同步电机dq轴电流的获取：通过电流传感器采集永磁同步电机的三相电流，经过坐标变换得到永磁同步电机在tk时刻的dq轴电流；S2，tk时刻电机旋转电角速度获取：通过编码器测量并计算得到永磁同步电机的实际转速；S3，tk+1时刻永磁同步电机dq轴预测电流的获取：将经步骤S1获取的dq轴电流、步骤S2获取的电机旋转角速度及tk-1时刻无差拍电流预测控制器输出的dq轴电压输入到线性扩张状态观测器中，得到tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及参数变化导致的dq轴电压干扰；S4，dq轴电流给定值获取：将经步骤S2获取的电机旋转角速度与给定电角速度做差，通过PI速度控制器计算出dq轴电流给定值；S5，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的获取：将经步骤S3得到的tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及经步骤S4获得的tk时刻dq轴电流给定值输入到无差拍电流预测控制器，输出得到tk时刻dq轴电压；S6，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的更新获取：将经步骤S3得到的参数变化导致的dq轴电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器，重新得到tk时刻dq轴电压；S7，信号产生：通过坐标变换以及空间矢量脉宽调制技术产生控制三相逆变器功率器件的通断信号，驱动电机运转。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S3中线性扩张状态观测器为：其中，Ts为采样周期；Rc为已知理想定子电阻；Lc为已知理想定子电感；λc为已知理想永磁体磁链；ωr为电机电角速度；udq为定子电压；idq为定子电流；为定子电流预测值；vdq为定子电压干扰；e为定子电流误差；j为虚数单位；β1、β2为扩张状态观测器参数。作为本专利技术的另一种改进，所诉无差拍电流预测控制器为：其中，Ts为采样周期；Rc为已知理想定子电阻；Lc为已知理想定子电感；λc为已知理想永磁体磁链；ωr为电机电角速度；udq为定子电压；为定子电流给定值；为定子电流预测值；j为虚数单位。作为本专利技术的另一种改进，所述步骤S6中将线性扩张状态观测器观测得到的电压扰动补偿至无差拍电流预测控制器，重新得到tk时刻的dq轴电压为：为了实现上述目的，本专利技术还采用的技术方案是：一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制系统，包括采集系统、坐标变换系统、无差拍电流预测控制器、线性扩状态观测器及PI速度控制器，所述采集系统包括用于采集永磁同步电机实际转速的编码器及用于采集永磁同步电机电流的传感器；所述无差拍电流预测控制器用于输出dq轴电压；所述PI速度控制器用于计算dq轴电流给定值；所述线性扩张状态观测器用于获得永磁同步电机dq轴电流预测值以及参数变化导致的dq轴电压干扰；所述坐标变换系统分别与采集系统与调制模块相连接，通过线性扩张状态观测器来预测下一个周期的电流，并观测出参数变化造成的电压干扰，并将电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器中，通过坐标变换以及空间矢量脉宽调制技术产生控制三相逆变器功率器件的通断信号，驱动电机运转。作为本专利技术的另一种改进，所述坐标变换系统包括Clarke坐标变换、Park坐标变换及反Park坐标变换，所述Clarke坐标变换、Park坐标变换与采集系统相连接，用于变换获取采集到的电流，所述反Park坐标变换与调制模块相连接，相互作用得到控制三相逆变器功率器件的通断信号。与现有技术相比，本专利技术专利的有益效果：(1)、本专利技术采用复矢量无差拍电流预测控制器，增强了永磁同步电机的动态响应性能。(2)、本专利技术采用复矢量线性扩张状态观测器，考虑到电机参数变化的影响，能够准确的预测电流值，同时能够观测出电机参数变化造成的电压干扰。(3)、将复矢量线性扩张状态观测器与复矢量无差拍电流预测控制器相结合，解决了无差拍电流预测控制算法在两倍电感误差时算法发散的问题，同时将电机参数误差造成的电压干扰补偿至复矢量无差拍电流预测控制器，解决了稳态精度低的问题，提高了无差拍电流预测控制算法的鲁棒性和运行可靠性。附图说明图1是本专利技术一种永磁同步电机的高可靠性电流预测控制方法的控制框图；图2是两倍电感误差时，A相电流波形图，其中：图2(a)为传统无差拍电流预测控制下的A相电流波形图；图2(b)为本专利技术方法控制下的A相电流波形图；图3是两倍磁链误差时，q轴电流的波形图，其中：图3(a)为传统无差拍电流预测控制下的q轴电流的波形图；图3(b)为本专利技术所提供的高可靠性电流预测控制下的q轴电流的波形图。具体实施方式以下将结合附图和实施例，对本专利技术进行较为详细的说明。实施例1一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制系统，包括采集系统、坐标变换系统、无差拍电流预测控制器、线性扩状态观测器及PI速度控制器，所述采集系统包括用于采集永磁同步电机实际转速的编码器及用于采集永磁同步电机电流的传感器；所述无差拍电流预测控制器用于输出dq轴电压；所述PI速度控制器用于计算dq轴电流给定值；所述线性扩张状态观测器用于获得永磁同步电机dq轴电流预测值以及参数变化导致的dq轴电压干扰；所述坐标变换系统分别与采集系统与调制模块相连接，通过线性扩张状态观测器来预测下一个周期的电流，并观测出参数变化造成的电压干扰，并将电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器中，通过坐标变换以及空间矢量脉宽调制技术产生控制三相逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，tk时刻永磁同步电机dq轴电流的获取：通过电流传感器采集永磁同步电机的三相电流，经过坐标变换得到永磁同步电机在tk时刻的dq轴电流；S2，tk时刻电机旋转电角速度获取：通过编码器测量并计算得到永磁同步电机的实际转速；S3，tk+1时刻永磁同步电机dq轴预测电流的获取：将经步骤S1获取的dq轴电流、步骤S2获取的电机旋转角速度及tk‑1时刻无差拍电流预测控制器输出的dq轴电压输入到线性扩张状态观测器中，得到tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及参数变化导致的dq轴电压干扰；S4，dq轴电流给定值获取：将经步骤S2获取的电机旋转角速度与给定电角速度做差，通过PI速度控制器计算出dq轴电流给定值；S5，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的获取：将经步骤S3得到的tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及经步骤S4获得的tk时刻dq轴电流给定值输入到无差拍电流预测控制器，输出得到tk时刻dq轴电压；S6，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的更新获取：将经步骤S3得到的参数变化导致的dq轴电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器，重新得到tk时刻dq轴电压；S7，信号产生：通过坐标变换以及空间矢量脉宽调制技术产生控制三相逆变器功率器件的通断信号，驱动电机运转。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，tk时刻永磁同步电机dq轴电流的获取：通过电流传感器采集永磁同步电机的三相电流，经过坐标变换得到永磁同步电机在tk时刻的dq轴电流；S2，tk时刻电机旋转电角速度获取：通过编码器测量并计算得到永磁同步电机的实际转速；S3，tk+1时刻永磁同步电机dq轴预测电流的获取：将经步骤S1获取的dq轴电流、步骤S2获取的电机旋转角速度及tk-1时刻无差拍电流预测控制器输出的dq轴电压输入到线性扩张状态观测器中，得到tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及参数变化导致的dq轴电压干扰；S4，dq轴电流给定值获取：将经步骤S2获取的电机旋转角速度与给定电角速度做差，通过PI速度控制器计算出dq轴电流给定值；S5，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的获取：将经步骤S3得到的tk+1时刻永磁同步电机dq轴电流预测值以及经步骤S4获得的tk时刻dq轴电流给定值输入到无差拍电流预测控制器，输出得到tk时刻dq轴电压；S6，tk时刻永磁同步电机dq轴电压的更新获取：将经步骤S3得到的参数变化导致的dq轴电压干扰补偿至无差拍电流预测控制器，重新得到tk时刻dq轴电压；S7，信号产生：通过坐标变换以及空间矢量脉宽调制技术产生控制三相逆变器功率器件的通断信号，驱动电机运转。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法，其特征在于：所述步骤S3中线性扩张状态观测器为：其中，Ts为采样周期；Rc为已知理想定子电阻；Lc为已知理想定子电感；λc为已知理想永磁体磁链；ωr为电机电角速度；udq为定子电压；idq为定子电流；为定子电流预测值；vdq为定子电压干扰；e为定子电流误差；j为虚数单位；β1、β2为...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊英，张秋实，毛晨阳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32