采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d-q轴电感参数辨识的MTPA控制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d

【技术实现步骤摘要】
采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机模型预测控制
，特别涉及一种采用模糊逻辑控制的改进模型参考自适应参数辨识，应用在永磁同步电机模型预测MTPA中(最大转矩电流比，Maximum torque per ample)的控制方法。该方法可以提高电机的运行效率，以及提高模型预测控制的鲁棒性。其适用于高效率永磁电驱动装置系统、新能源电动汽车、舰船推进系统等领域。

技术介绍

[0002]永磁电机因为其高转矩密度、高效率以及高可靠性等特点，在新能源电动汽车牵引、航天航空以及工业生产领域应用越来越广泛。同时，由于电机运行温度上升、磁饱和等因素，以及电机运行受转速、转矩阶跃扰动影响，永磁电机的参数会发生变化。然而，永磁同步电机采用模型预测控制和公式法实现MTPA控制都严重依赖电机参数。因此，实时更新实际电机参数对于实现上述控制方法具有重要的意义。
[0003]对于永磁同步电机来说，厂商在加工制造电机后会提供一些电机参数铭牌或手册，但是诸如d
‑
q轴电感，磁链等参数都需要使用者测定。即使把相同的电机本体设计图提供给不同加工厂商，也由于不同加工厂商的制作工艺及其水平都会造成电机参数的不同。虽然离线可以测出电机参数，但是在线电机运行时的实际参数与离线辨识结果会产生一定的偏差。因此研究永磁电机的在线参数辨识具有实际的价值。
[0004]近年来，传统的在线辨识算法有信号注入法、最小二乘法、卡尔曼滤波算法、模型参考自适应等，高级的算法有人工智能、神经网络、蚁群算法等都被应用在参数辨识方面，然而上述算法都具有各自的优缺点。由于模糊逻辑控制是一种先进的控制方法，它对时变系统具有良好的鲁棒性，不依赖于精确模型等特点。通过把传统模型预测控制和高级控制算法相结合，能够实现较好的辨识结果。而把辨识到的参数实时更新在依赖参数的模型预测控制中，会实现较为理想的控制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术利用模糊逻辑控制(Fuzzy
‑
logical control)的鲁棒性强、不依赖模型控制等优点特点，将模型参考自适应中的传统PI自适应律用Fuzzy
‑
PI替代。同时将辨识到的参数实时更新在模型预测控制和公式法实现MTPA控制中。因此，本专利技术提出一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法。
[0006]为达到技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，首先推导出公式法的MTPA电流角计算公式，当电机参数实时更新时候便可以实现永磁电机的MTPA控制，以及推导出永磁同步电机离散化的模型预测控制方程可实现
对该电机的预测电流控制；
[0009]步骤2，根据Popov超稳定性理论原理，并应用在模型参考自适应参数辨识方法中，然后，推导出了永磁同步电机的d
‑
q轴电感辨识自适应率表达式，当辨识到的d
‑
q轴电感不断反馈到可调模型直到与参考模型误差几乎为零，则得到辨识的d
‑
q轴电感参数；
[0010]步骤3，将模糊逻辑控制应用在模型参考自适应中，推导出自适应律的比例、积分增益调整因子，并与模型参考自适应中的比例、积分增益共同调节d
‑
q轴电感，则可得改进模型参考自适应辨识的d
‑
q轴电感参数；
[0011]步骤4，将改进模型参考自适应辨识的d
‑
q轴电感参数使用到MTPA电流角计算公式和预测电流控制中，以替代原有的固定参数和实时更新，即可实现永磁电机的MTPA控制和消除电流预测控制中电感失配带来的影响，从而能提高永磁同步电机的运行效率和增大控制系统参数鲁棒性。
[0012]首先按照所述步骤1，具体过程依次如下：
[0013]步骤1
‑
1，五相永磁电机的给定转速n
*
，与反馈转速n，相比较得到电机的转速误差e
r
，将该转速误差通过PI控制器可得到五相永磁电机的速度环误差信号I
s
；
[0014]步骤1
‑
2，旋转坐标系d
‑
q轴下的参考电流i
d*
、i
q*
由以下MTPA电流角公式γ
MTPA
计算得到；
[0015][0016][0017]其中：L^
d
(k+1)、L^
d
(k+1)分别是在线辨识到d
‑
q轴电感参数，是由提出的模型参考自适应(PMRAS)参数在线辨识给定；ψ
f
是永磁磁链参数；I
s
是转速环PI控制器输出。
[0018]步骤1
‑
3，价值函数将电流预测输出的电流i
p
(k+2)和参考电流做差，并且根据做差后的电流最小差值，选取对应矢量大小作用PWM生成驱动逆变器的触发信号；
[0019]步骤1
‑
4，由PWM生成S
abcde
桥臂开关顺序，来驱动逆变器的开关触发顺序和脉宽大小组合生成相电流I
abcde
和转子位置角θ
e
；
[0020]步骤1
‑
5，相电流经过Park变化，将自然坐标系下的电流I
abcde
转换成旋转坐标系下的电流i
dq
；
[0021]步骤1
‑
6，i
dq
经过欧拉离散转换成预测模型控制的输入信号i
p
(k+1)；
[0022]步骤1
‑
7，PMRAS参数在线辨识的输入信号分别为旋转坐标系d
‑
q轴电压电流u
dq
，i
dq
和转子角速度ω
m
，辨识的L^
d
(k+1)和L^
q
(k+1)更新模型预测控制和MTPA中的L
d
和L
q
；
[0023]步骤1
‑
8，电流预测通过辨识出的d
‑
q轴电感L^
d
(k+1)和L^
q
(k+1)，选择矢量V
i
(i＝1，...12)，离散的输入电流i
p
(k+1)而生成模型预测控制电流i
p
(k+2)；
[0024][0025]其中，i
d
、i
q
是d
‑
q轴电流，u
d
、u
q
是d
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，首先推导出公式法的MTPA电流角计算公式，当电机参数实时更新时候实现永磁电机的MTPA控制，以及推导出永磁同步电机离散化的模型预测控制方程，实现对该电机的预测电流控制；步骤2，根据Popov超稳定性理论原理，并应用在模型参考自适应参数辨识方法中，然后，推导出了永磁同步电机的d
‑
q轴电感辨识自适应率表达式，当辨识到的d
‑
q轴电感不断反馈到可调模型直到与参考模型误差几乎为零，则得到辨识的d
‑
q轴电感参数；步骤3，将模糊逻辑控制应用在模型参考自适应中，推导出自适应律的比例、积分增益调整因子，并与模型参考自适应中的比例、积分增益共同调节d
‑
q轴电感，则可得改进模型参考自适应辨识的d
‑
q轴电感参数；步骤4，将改进模型参考自适应辨识的d
‑
q轴电感参数使用到MTPA电流角计算公式和预测电流控制中，以替代原有的固定参数和实时更新，实现永磁电机的MTPA控制和消除电流预测控制中电感失配带来的影响，从而能提高永磁同步电机的运行效率和增大控制系统参数鲁棒性。2.根据权利要求1所述的一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：步骤1
‑
1，五相永磁电机的给定转速n
*
，与反馈转速n，相比较得到电机的转速误差e
r
，将该转速误差通过PI控制器可得到五相永磁电机的速度环误差信号I
s
；步骤1
‑
2，旋转坐标系d
‑
q轴下的参考电流i
d*
、i
q*
由以下MTPA电流角公式γ
MTPA
计算得到；到；其中：L^
d
(k+1)、L^
q
(k+1)分别是在线辨识到d
‑
q轴电感参数，是由提出的模型参考自适应(PMRAS)参数在线辨识给定；ψ
f
是永磁磁链参数；I
s
是转速环PI控制器输出；步骤1
‑
3，价值函数将电流预测输出的电流i
p
(k+2)和参考电流做差，并且根据做差后的电流最小差值，选取对应矢量大小作用PWM生成驱动逆变器的触发信号；步骤1
‑
4，由PWM生成S
abcde
桥臂开关顺序，来驱动逆变器的开关触发顺序和脉宽大小组合生成相电流I
abcde
和转子位置角θ
e
；步骤1
‑
5，相电流经过Park变化，将自然坐标系下的电流I
abcde
转换成旋转坐标系下的电流i
dq
；步骤1
‑
6，i
dq
经过欧拉离散转换成预测模型控制的输入信号i
p
(k+1)；步骤1
‑
7，PMRAS参数在线辨识的输入信号分别为旋转坐标系d
‑
q轴电压电流u
dq
，i
dq
和转子角速度ω
m
，辨识的L^
d
(k+1)和L^
q
(k+1)更新模型预测控制和MTPA中的L
d
和L
q
；步骤1
‑
8，电流预测通过辨识出的d
‑
q轴电感L^
d
(k+1)和L^
q
(k+1)，选择矢量V
i
(i＝1，...12)，离散的输入电流i
p
(k+1)而生成模型预测控制电流i
p
(k+2)；
其中，i
d
、i
q
是d
‑
q轴电流，u
d
、u
q
是d
‑
q轴电压，i
x
、i
y
是三次空间x
‑
y轴电流，u
x
、u
y
是三次空间x
‑
y轴电压，R
s
是定子电阻，L
ls
漏感，ω是电机中的转子角速度，ψ
f
是永磁磁链，T为采样周期，k为采样顺序；L^
d
(k+1)、L^
q
(k+1)分别是在线辨识到d
‑
q轴电感参数，是由提出的模型参考自适应(PMRAS)参数在线辨识给定；经过上述步骤便可以实现模型预测控制下的MTPA控制。3.根据权利要求1所述的一种采用模糊逻辑控制的永磁同步电机d
‑
q轴电感参数辨识的MTPA控制方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：步骤2
‑
1，电压信号V
abcde
通过参考模型可得到电流信号I
abcde
，其中，i
d
、i
q
是d
‑
q轴电流，u
d
、u
q
是d
‑
q轴电压，R
s
是定子电阻，L
d
、L
q
是d
‑
q轴电感，ω
m
是电机中的转子角速度，ψ
f
是转子磁链，该电流经过Park变换将五相自然坐标系下的电流转换成旋转坐标系下的电流i
dq
；模型参考自适应的参考模型方程表示为：步骤2
‑
2，电压信号V
abcde
通过Park变换将五相自然坐标系下的电压转换成旋转坐标系下的电压u
dq
，并作为可调模型的输入信号；模型参考自适应的可调模型方程表示为：其中，符号“^”表示需要辨识的参数或者信号；步骤2
‑
3，经过参考模型的电流信号i
d
和i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，安兴科，陈前，赵文祥，宋向金，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：