一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法技术

本发明专利技术适用于电机控制技术领域，提供了一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，具体方法包括：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速/位置传感器采集的永磁同步电机转速；将获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中得到外环扰动值，同时输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；将获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中得到内环扰动值，同时和q轴电流参考值、给定的d轴电流参考值一并输入到内环广义预测控制器中得到d轴电压和q轴电压，经过坐标变化和空间矢量脉宽调制器控制永磁同步电机的运行。本发明专利技术能够保证永磁同步电机快速响应的同时，提高控制系统的适应性和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法
本专利技术属于电机控制
，尤其涉及一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法。
技术介绍
永磁同步电机因具有高效率、高转矩电流比、高功率密度、可靠性等优点，已在电动汽车、航空工业等领域得到了广泛应用。目前大多数永磁同步电机的应用场合中，矢量控制策略已成为通用控制方案。矢量控制策略采用的是由外环速度控制器和内环电流控制器组成的级联控制结构，其中控制器设计对电机控制性能、效率和可靠性具有重要影响，目前多采用传统比例-积分(PI)控制器。但是永磁同步电机是一个非线性多变量的时变系统，同时会受到未知的干扰。因此，在各种运行条件下都能获得良好的瞬态性能仍然是一个挑战。目前为了降低模型不确定性和外部扰动的影响，提高永磁同步电机的鲁棒控制性能，已有学者提出了多种控制方法。其中广泛使用的方法是线性控制理论，但是其中合适的Lyapunov函数很难寻找。同时非线性控制、滑模控制和自适应控制都已成功应用于永磁同步电动机的鲁棒控制中，但这些方法对电机参数依赖性强，控制器参数不易整定。近年来，基于连续时间模型的广义预测控制作为模型预测控制的一种，不仅具有强鲁棒性、动态响应快和方便处理系统约束，还具有计算效率高，易于工程实现的优点。但该方法是基于标称系统建模，因此当参数变化和模型不确定时，其控制性能会受到影响甚至失效。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，以解决现有技术中存在的问题。一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，包括如下步骤：(1)采集电机信号：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速或位置传感器采集的永磁同步电机转速；(2)估算外环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中估算外环扰动值；(3)外环转速控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(2)中获取的外环扰动值和给定的参考转速输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；(4)估算内环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中估算内环扰动值；(5)内环电流控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(3)中获取的q轴电流参考值，步骤(4)中获取的内环扰动值和给定的d轴电流参考值输入到内环广义预测控制器中得到d轴电压和q轴电压；(6)坐标变换和空间矢量脉宽调制：将步骤(5)中获取的d轴电压和q轴电压经过坐标变化和空间矢量脉宽调制器，控制永磁同步电机的运行。进一步的，所述的采集电机信号的方法为，检测永磁同步电动机的定子电流，经过Clark变换得到在两相静止坐标系下的定子电流，然后再经过Park变换为电机在同步旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；利用转速或位置传感器检测永磁同步电机实时运行的转速。进一步的，所述的估算外环扰动值的方法为，定义Sω为可得外环滑模扰动观测器为式中为观测的外环扰动值，sat()为饱和函数，iq为q轴电流。进一步的，所述的外环转速控制的方法为，构造外环广义预测控制器得到内环q轴电流参考值，其中外环广义预测控制器为式中为q轴电流参考值，J为转动惯量，B为摩擦系数，Ld和Lq分别为d-q轴同步坐标系下的定子电感，ψ为永磁体产生的磁链，np为极对数，ωm为转子机械角速度，ωr为转子速度设定值，id为d轴电流。进一步的，所述的估算内环扰动值的方法为，定义可得内环滑模扰动观测器为，式中和为观测的内环扰动值，μd、μq、εd和εq为内环滑模观测器待设计参数，ud，uq分别为d-q轴坐标系下的电压。进一步的，所述的内环电流控制的方法为，构造内环广义预测控制器得到d轴电压和q轴电压，其中内环广义预测控制器为，式中T为预测时域参数设计值，Rs为定子电阻，设定为0。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提出广义预测控制算法中引入了一种改进的滑模扰动观测器，可以对所有不确定参数和模型不确定性进行估计，并补偿到控制器中，使系统具有较强的抗干扰能力和鲁棒性；2、本专利技术提出的改进滑模扰动观测器相比传统的观测器，充分利用系统的状态信息来获取不确定的观测值，可靠性更高；3、本专利技术提出的级联控制结构，方便处理系统约束，同时该方法的控制参数易于整定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法流程图；图2是本专利技术的一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法的结构框图；图3a是在正常情况下，给定转速200r/min时，电机起动过程中的转速跟踪曲线；图3b是在正常情况下，给定转速200r/min时，电机起动过程中的d轴电流跟踪曲线；图3c是在正常情况下，给定转速200r/min时，电机起动过程中的q轴电流跟踪曲线；图4a是在控制器参数变化时，给定转速200r/min时，电机起动过程中的转速跟踪曲线；图4b是在控制器参数变化时，给定转速200r/min时，电机起动过程中的d轴电流跟踪曲线；图4c是在控制器参数变化时，给定转速200r/min时，电机起动过程中的q轴电流跟踪曲线；图2中，1、电流传感器模块，2、Clark变换模块，3、Park变换模块，4、转速/位置检测模块，5、外环滑模扰动观测器模块，6、外环广义预测控制器模块，7、内环滑模扰动观测器模块，8、内环广义预测控制器模块，9、Park逆变换模块，10、空间矢量脉宽调制模块，11、逆变器模块，12、永磁同步电机模块。具体实施方式为了说明本专利技术所述的技术方案，下面结合附图进一步说明本专利技术。如图1、2所示，一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，包括以下步骤：(1)采集电机信号：通过电流传感器模块1检测永磁同步电机的定义电流ia、ib，经过Clark变换模块2得到两相静止坐标系下的定子电流iα、iβ，再经过Park变换模块3为同步旋转坐标系下的电流id、iq；通过转速或位置传感器模块4检测电机的转速和位置信息，得到电机转子机械角速度ωm和转子位置θ；(2)估算外环扰动值：将获取的d轴电流id、q轴电流iq和转子机械角速度ωm输入到外环滑模扰动观测器模块5中得到外环扰动值(3)外环转速控制：将获取的d轴电流id、q轴电流iq、转子机械角速度ωm和外环扰动值输入到外环广义预测控制器模块6中得到q轴电流参考值(4)估算内环扰动值：将获取的d轴电流id、q轴电流iq、转子机械角速度ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)采集电机信号：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速或位置传感器采集的永磁同步电机转速；/n(2)估算外环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中估算外环扰动值；/n(3)外环转速控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(2)中获取的外环扰动值和给定的参考转速输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；/n(4)估算内环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中估算内环扰动值；/n(5)内环电流控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(3)中获取的q轴电流参考值，步骤(4)中获取的内环扰动值和给定的d轴电流参考值输入到内环广义预测控制器中得到d轴电压和q轴电压；/n(6)坐标变换和空间矢量脉宽调制：将步骤(5)中获取的d轴电压和q轴电压经过坐标变化和空间矢量脉宽调制器，控制永磁同步电机的运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集电机信号：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速或位置传感器采集的永磁同步电机转速；
(2)估算外环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中估算外环扰动值；
(3)外环转速控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(2)中获取的外环扰动值和给定的参考转速输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；
(4)估算内环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中估算内环扰动值；
(5)内环电流控制：将步骤(1)中获取的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峥，崔佳伦，申江卫，沈世全，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53