一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流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的鲁棒模型预测电流控制方法及装置，该装置将定子电流指令生成模块输出的目标定子电流d轴和q轴电流分量、转换模块输出的转子电气角速度和电流矢量变换模块输出的旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量进行计算，获取最优电压矢量；将获取的最优电压矢量，生成逆变器功率开关器件所需的驱动信号；将所述逆变器功率开关器件的驱动信号作用在三相逆变器模块上，使得永磁同步电机实现所述的鲁棒模型预测电流控制。该装置有效地减少了算法计算预测电流时因参数变化造成的电流误差，降低了控制算法的参数敏感度，改善了电流控制效果，而且计算负担较小，便于应用。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制方法及装置
本专利技术属于电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置及方法。
技术介绍
永磁同步电机具有运行效率高、功率密度大、控制简单等优势，被广泛应用于各种电压和功率等级的传动领域。由于不受变流器调制策略的约束，模型预测电流控制(ModelPredictiveCurrentControl，MPCC)已在电机传动领域得到了广泛关注。通过预测未来时刻的电流状态，来获得接近于期望电流的电流响应，从而提高电流控制性能。传统的永磁同步电机模型预测电流控制往往需要根据永磁同步电机的定子电阻，转子磁链，交轴和直轴电感参数来计算预测电流。在预测方程中，这些参数被设定为固定值。然而在永磁同步电机运行过程中，这些参数会受电流、温度、磁饱和等环境因素的影响而发生变化，这些变化被称为参数失配。参数失配会导致预测结果偏离期望值，获得不理想的电流响应，恶化系统控制性能。如何降低永磁同步电机的模型预测电流控制策略对电机固有参数的依赖性，获得良好的电流控制性能，是值得研究的问题。参数辨识算法能一定程度上解决MPCC中的参数失配问题。目前主流的参数辨识方法大体分为离线参数辨识和在线参数辨识两类。离线参数辨识往往不需要复杂的算法，但为了获得特定参数值，需要进行多次实验，工作量较大。在线辨识的特点是可以在线检测出实时的电机参数，这样控制程序调用的都是和当前环境相匹配的参数，相对于传统MPCC的准确性有所提高。但这会使得控制程序变得更加复杂，对控制芯片的主频和运算速度都有更高的要求，成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置和方法，解决了永磁同步电机的定子电阻，转子磁链，交轴和直轴电感的参数失配的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下的技术方案：一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，该装置包括：定子电流指令生成模块，用于生成目标定子电流d轴和q轴电流分量；信号采集模块，用于采集电机定子的相电流、转子机械位置角和转子转速的实际值；转换模块，用于将信号采集模块输出的转子机械位置角和转子转速转换为转子电气位置角和转子电气角速度；电流矢量变换模块，用于将信号采集模块输出的定子相电流和转换模块输出的转子电气位置角计算后变换为转子旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量；鲁棒模型预测电流控制模块，用于将定子电流指令生成模块输出的目标定子电流d轴和q轴电流分量、转换模块输出的转子电气角速度和电流矢量变换模块输出的旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量进行计算，获取最优电压矢量；脉冲生成模块，用于将鲁棒模型预测电流控制模块获取的最优电压矢量，生成逆变器功率开关器件所需的驱动信号；将所述逆变器功率开关器件的驱动信号作用在三相逆变器模块上，三相逆变器模块与永磁同步电机连接，使得永磁同步电机实现所述的鲁棒模型预测电流控制。优选的，所述目标定子电流d轴和q轴电流分量的定子电流q轴给定分量，可由转速经PI调节器后获取，定子电流d轴给定分量，将其设为零，采用id＝0控制。优选的，所述的鲁棒模型预测控制模块包括：电流预测模块一、参数失配补偿量计算模块、电流修正模块、电流预测模块二和最优电压矢量选取模块。优选的，所述电流预测模块一输入为定子电流直轴和交轴分量(id,iq)，转子电气角速度ωe，输出为下一时刻的定子电流直轴和交轴分量预测值以输入量为k时刻为例，输出量为(k+1)时刻的值，计算公式如下：其中分别为预测过程中的定子电阻，定子直轴电感，交轴电感和转子磁链，Ts为采样周期，ud(k)和uq(k)为k时刻的最优电压矢量，为已知量。优选的，所述参数失配补偿量计算模块输入为k时刻的实际电流(id(k),iq(k))与k时刻的预测电流以及(k-1)时刻的最优电压矢量(ud(k-1),uq(k-1))，输出为参数失配补偿量(Cd，Cq，Md，Mq)，计算公式如下：其中下标‘d(q)_last’表示上一时刻的值。优选的，所述电流修正模块输入为参数失配补偿量(Cd，Cq，Md，Mq)，(k+1)时刻的电流预测值和以及k时刻的最优电压矢量(ud(k),uq(k))，输出为修正后的(k+1)时刻定子电流计算公式如下：优选的，所述的电流预测模块二的输入为修正后的(k+1)时刻定子电流参数失配补偿量(Cd，Cq，Md，Mq)，转子电气角速度ωe和逆变器8种开关状态对应的电压矢量(Ui(k+1)，i＝0,1,2...7)，其输出为(k+2)时刻的补偿后的8组预测电流计算公式如下：优选的，所述最优电压矢量选取模块输入为(k+2)时刻的8组预测电流和给定电流其输出为使(k+2)时刻定子电流误差最小的最优电压矢量(Ud_opt(k+1)，Uq_opt(k+1))，所述选取依据是：根据8组预测电流计算8次价值函数g，g最小值所对应的电压矢量为最优电压矢量，所述价值函数g为：本专利技术还提供了一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制方法，该方法包括：生成目标定子电流d轴和q轴电流分量；采集电机的定子相电流、转子机械位置角和转子转速的实际值；将转子机械位置角和转子转速转换为转子电气位置角和转子电气角速度；将定子相电流和转子电气位置角计算后变换为转子旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量；将转子电气角速度，旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量用于鲁棒模型预测电流控制，经计算及与目标定子电流d轴和q轴电流分量比较后获取最优电压矢量；将获取的最优电压矢量生成驱动信号作用于三相逆变器，对电机进行电流控制。优选的，所述获取最优电压矢量的步骤包括：根据k时刻旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量实际值，电气角速度实际值，预测出(k+1)时刻的定子电流直轴和交轴分量的预测值；通过定子电流直轴和交轴分量的k时刻实际值与k时刻的预测值，以及(k-1)时刻的最优电压矢量进行计算，获取参数失配补偿量；通过参数失配补偿量以及k时刻的最优电压矢量，对(k+1)时刻定子电流直轴和交轴分量的预测值进行修正，获取修正后的(k+1)时刻定子电流直轴和交轴分量的值；对修正后的(k+1)时刻定子电流直轴和交轴分量的值，参数失配补偿量，转子电气角速度和逆变器8种开关状态对应的电压矢量进行计算，得出(k+2)时刻的补偿后的8组定子电流直轴和交轴分量的预测值；根据(k+2)时刻的8组定子电流直轴和交轴分量的预测值和目标定子电流d轴和q轴电流分量，得出使(k+2)时刻定子电流误差最小的最优电压矢量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术是一种预测过程自优化的模型预测电流控制方式，不需要进行离线参数辨识或在线参数辨识来计算电机参数，有效地减少了算法计算预测电流时因参数变化造成的电流误差，降低了控制算法的参数敏感度，改善了电流控制效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，该装置包括：/n定子电流指令生成模块，用于生成目标定子电流d轴和q轴电流分量；/n信号采集模块，用于采集电机定子的相电流、转子机械位置角和转子转速的实际值；/n转换模块，用于将信号采集模块输出的转子机械位置角和转子转速转换为转子电气位置角和转子电气角速度；/n电流矢量变换模块，用于将信号采集模块输出的定子相电流和转换模块输出的转子电气位置角计算后变换为转子旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量；/n鲁棒模型预测电流控制模块，用于将定子电流指令生成模块输出的目标定子电流d轴和q轴电流分量、转换模块输出的转子电气角速度和电流矢量变换模块输出的旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量进行计算，获取最优电压矢量；/n脉冲生成模块，用于将鲁棒模型预测电流控制模块获取的最优电压矢量，生成逆变器功率开关器件所需的驱动信号；/n将所述逆变器功率开关器件的驱动信号作用在三相逆变器模块上，三相逆变器模块与永磁同步电机连接，使永磁同步电机实现所述的鲁棒模型预测电流控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，该装置包括：
定子电流指令生成模块，用于生成目标定子电流d轴和q轴电流分量；
信号采集模块，用于采集电机定子的相电流、转子机械位置角和转子转速的实际值；
转换模块，用于将信号采集模块输出的转子机械位置角和转子转速转换为转子电气位置角和转子电气角速度；
电流矢量变换模块，用于将信号采集模块输出的定子相电流和转换模块输出的转子电气位置角计算后变换为转子旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量；
鲁棒模型预测电流控制模块，用于将定子电流指令生成模块输出的目标定子电流d轴和q轴电流分量、转换模块输出的转子电气角速度和电流矢量变换模块输出的旋转坐标系下的定子电流直轴和交轴分量进行计算，获取最优电压矢量；
脉冲生成模块，用于将鲁棒模型预测电流控制模块获取的最优电压矢量，生成逆变器功率开关器件所需的驱动信号；
将所述逆变器功率开关器件的驱动信号作用在三相逆变器模块上，三相逆变器模块与永磁同步电机连接，使永磁同步电机实现所述的鲁棒模型预测电流控制。


2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制方法，其特征于，所述目标定子电流d轴和q轴电流分量的定子电流q轴给定分量，可由转速经PI调节器后获取，定子电流d轴给定分量，将其设为零。


3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，所述的鲁棒模型预测控制模块包括：
电流预测模块一、参数失配补偿量计算模块、电流修正模块、电流预测模块二和最优电压矢量选取模块。


4.根据权利要求3所述的永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，所述电流预测模块一输入为定子电流直轴和交轴分量(id,iq)，转子电气角速度ωe，输出为下一时刻的定子电流直轴和交轴分量预测值以输入量为k时刻为例，输出量为(k+1)时刻的值，计算公式如下：



其中分别为预测过程中的定子电阻，定子直轴电感，交轴电感和转子磁链，Ts为采样周期，ud(k)和uq(k)为k时刻的最优电压矢量，为已知量。


5.根据权利要求3所述的永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，所述参数失配补偿量计算模块输入为k时刻的实际电流(id(k),iq(k))与k时刻的预测电流以及(k-1)时刻的最优电压矢量(ud(k-1),uq(k-1))，输出为参数失配补偿量(Cd，Cq，Md，Mq)，计算公式如下：















其中下标‘d(q)_last’表示上一时刻的值。


6.根据权利要求3所述的永磁同步电机的鲁棒模型预测电流控制装置，其特征于，所述电流修正模块输入为参数失配补...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翔，吕泽昊，李超，朱季枫，张甲哲，张旭，谭国俊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32