永磁同步电机电流预测控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机电流预测控制方法及装置，所述方法包括：获取在两相旋转坐标系下的电机定子电流、定子电压；构建电流与扰动滑模观测器，预测得到下一时刻的电机定子电流和参数扰动估计值；依据下一时刻的实际电流值等于电流指令值的原理，得到永磁同步电机电流预测控制表达式；并利用观测器预测的下一拍电流值作为电流反馈，计算得到电机驱动器的指令电压；进一步将该指令电压与观测器估计的参数扰动相加作为最终的电机驱动器指令电压，最后通过SVPWM装置产生控制开关管动作的脉冲信号。本方法能够预测下一拍电流的同时估计参数扰动，当存在参数失配问题时可有效抑制电流跟踪静态误差，减少电机谐波电流，优化电流控制性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制
，特别是指一种永磁同步电机电流预测控制方法及装置。
技术介绍
无差拍电流预测控制技术在电机离散数学模型的基础上，能够准确预测下一控制周期的电压矢量，从而使得电机电流能够在施加该电压矢量后的一个周期内准确跟踪指令电流(或电流指令)，具有优良的动态性能和稳态特性。目前，无差拍电流预测控制技术已经得到了较为广泛的应用。然而，这一控制技术本质上是一种基于模型的电流控制方法，对于电机模型的依赖度比较高，当电机模型的参数失配时，会导致电机电流出现静态误差与振荡，进而影响控制系统的性能。为此，国内外学者对参数失配状态下的电机电流预测控制进行了研究。已有方法中，例如：专利文献CN201510455057.5与文献《An adaptive robustpredictive current control for PMSM with online inductance identification》，通过电感辨识抑制了电感参数失配对电流跟踪性能产生的影响，但忽略了电机模型中电阻与永磁磁链参数失配的影响。还有其他一些控制方法虽然能够对模型参数失配进行补偿，但需要引入PI调节或积分调节，使得控制系统变得更加复杂，例如文献《Analysis and implementation of a real-time predictive currentcontroller for permanent-magnet synchronous servo drives》。为了提高电流动态响应性能，目前为了减小一拍控制延迟对系统控制性能的影响，提出了多种控制方法，但是，这些方法都无法消除参数失配导致的电流静差，例如：专利文献CN201210379496.9。因此，目前还没有一种电流控制方法能够同时满足以下条件：1)能够对下一拍电流值进行预测的同时估计参数扰动；2)参数失配时同时补偿控制延时与电流静态误差；3)可以很容易与已有电流预测控制方法相集成。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种永磁同步电机电流预测控制方法及装置，能够增强对电机参数失配的自适应性，从而提高了参数失配情况下电流预测控制的效果。基于上述目的本专利技术提供的永磁同步电机电流预测控制方法，包括：获取电机的三相电流，通过坐标变换，得到在两相旋转坐标系下的电机定子电流；从输入SVPWM装置的电压指令中获得两相旋转坐标系下的电机定子电压；获取电机的转子电角速度和转子位置信息，构建电流与扰动滑模观测器，将两相旋转坐标系下的电机定子电流和电机定子电压代入所述电流与扰动滑模观测器中，预测得到下一时刻的电机定子电流，同时得到参数扰动估计值；根据永磁同步电机的离散数学模型，并依据下一时刻的实际电流值等于电流指令值的原理，得到永磁同步电机电流预测控制表达式；将预测得到的下一时刻电机定子电流，输入所述永磁同步电机电流预测控制表达式，得到电压指令信号；将得到的参数扰动估计值与电压指令信号相加，得到修正的电压指令信号，然后通过SVPWM装置调制获得控制开关管动作的脉冲信号。优选的，所述坐标变换的公式为：iα(k)iβ(k)=231-12-12032-32ia(k)ib(k)ic(k)]]>id(k)iq(k)=cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)iα(k)iβ(k)]]>其中，iɑ(k)，ib(k)，ic(k)分别为电机的三相电流，iα(k)，iβ(k)分别为两相静止坐标系下的两相电流，id(k)和iq(k)为两相旋转坐标系下的电机定子电流，θ为转子位置信息，k指当前时刻。优选的，所述构建电流与扰动滑模观测器的步骤包括：根据获取的两相旋转坐标系下的电机定子电流以及估计电流，得到滑模切换面；采用滑模指数趋近律以及滑模切换面得到滑模控制函数；然后根据电机电角速度、控制周期、定子电阻、定子电感、永磁磁链、电
机定子电流和电机定子电压，结合滑模控制函数，构建出电流与扰动滑模观测器的计算函数。进一步，所述滑模切换面的表达式为：其中，id(k)和iq(k)为两相旋转坐标系下的电机定子电流，和为两相旋转坐标系下的估计电流，sd(k)和sq(k)为滑模切换面的计算值；所述滑模指数趋近律的表达式为:其中，k1、λ均为滑模指数趋近律的参数；所述滑模控制函数的表达式为：其中，L为定子电感、R为定子电阻，Udsmo和Uqsmo分别为滑模控制函数的计算值；所述电流与扰动滑模观测器的计算函数的具体表达式为：i^d(k+1)=(1-RTscL)i^d(k)+TscLud(k)+Tscωe(k)iq(k)-TscLf^d(k)-TscLUdsmof^d(k+1)=f^d(k)+TscgdUdsmo]]>i^q(k+1)=(1-RTscL)i^q(k)+TscLuq(k)-Tscωe(k)id(k)-TscψfLωe(k)-TscLf^q(k)-TscLUqsmof^q(k+1)=f^q(k)+TscgqUqsmo]]>其中Tsc为控制周期，R为定子电阻，L为定子电感，ψf为永磁磁链，ud(k)和uq(k)分别为电机定子电压，ωe(k)为电机电角速度，和分别为两相旋转坐标系下的估计电流，和为参数扰动估计值，gd、gq均为滑模观测器增益，k为当前时刻，k+1为下一时刻。优选的，所述永磁同步电机电流预测控制表达式为：ud(k)uq(k)=G-1{id*(k+1)iq*(k+1)-F(k)·id(k)iq(k)-M(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机电流预测控制方法，其特征在于，包括：获取电机的三相电流，通过坐标变换得到在两相旋转坐标系下的电机定子电流；从输入SVPWM装置的电压指令中获得两相旋转坐标系下的电机定子电压；获取电机的转子电角速度和转子位置信息，构建电流与扰动滑模观测器，将两相旋转坐标系下的电机定子电流和电机定子电压代入所述电流与扰动滑模观测器中，预测得到下一时刻的电机定子电流，同时得到参数扰动估计值；根据永磁同步电机的离散数学模型，并依据下一时刻的实际电流值等于电流指令值的原理，得到永磁同步电机电流预测控制表达式；将预测得到的下一时刻电机定子电流，输入所述永磁同步电机电流预测控制表达式，得到电压指令信号；将得到的参数扰动估计值与电压指令信号相加，得到修正的电压指令信号，然后通过SVPWM装置调制获得控制开关管动作的脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机电流预测控制方法，其特征在于，包括：获取电机的三相电流，通过坐标变换得到在两相旋转坐标系下的电机定子电流；从输入SVPWM装置的电压指令中获得两相旋转坐标系下的电机定子电压；获取电机的转子电角速度和转子位置信息，构建电流与扰动滑模观测器，将两相旋转坐标系下的电机定子电流和电机定子电压代入所述电流与扰动滑模观测器中，预测得到下一时刻的电机定子电流，同时得到参数扰动估计值；根据永磁同步电机的离散数学模型，并依据下一时刻的实际电流值等于电流指令值的原理，得到永磁同步电机电流预测控制表达式；将预测得到的下一时刻电机定子电流，输入所述永磁同步电机电流预测控制表达式，得到电压指令信号；将得到的参数扰动估计值与电压指令信号相加，得到修正的电压指令信号，然后通过SVPWM装置调制获得控制开关管动作的脉冲信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标变换的公式为：iα(k)iβ(k)=231-12-12032-32ia(k)ib(k)ic(k)]]>id(k)iq(k)=cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)iα(k)iβ(k)]]>其中，iɑ(k)，ib(k)，ic(k)分别为电机的三相电流，iα(k)，iβ(k)分别为两相静止坐标系下的两相电流，id(k)和iq(k)为两相旋转坐标系下的电机定子电流，θ为转子位置信息，k指当前时刻。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建电流与扰动滑模观测器的步骤包括：根据获取的两相旋转坐标系下的电机定子电流以及估计电流，得到滑模切换面；采用滑模指数趋近律以及滑模切换面得到滑模控制函数；然后根据电机电角速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，侯本帅，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11