【技术实现步骤摘要】
分析永磁同步电机模型预测转速控制系统稳定性的方法
[0001]本专利技术涉及电机控制
，特别是一种分析永磁同步电机模型预测转速控制系统稳定性的方法。
技术介绍
[0002]永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)以其高功率密度、高功率因数、体积小、快速响应等优点在各种电机中脱颖而出，广泛应用于工业、航空、国防等国民生产相关领域。模型预测控制(Model predictive control,MPC)具有简洁的构造和快速的动态响应，被广泛地使用在各种电力电子驱动和电机驱动等控制场所；模型预测控制利用电机的离散数学模型，对所有开关状态下的电机状态(如电机的电流或转矩)进行预测。然后，根据预先定义的目标函数对预测结果进行评估，从而选取最优的开关状态。除了简单直接的控制结构以外，可以在预设的目标函数中引入额外的限制条件，从而实现多目标协同控制。
[0003]国内外学者针对永磁同步电机模型预测控制系统进行了大量研究。其中，基于永磁同步电机模型预测控制系统稳定性的分析主要是利用传递函数分析电流环电磁参数(电感、电阻和磁链)对于电机控制系统的影响，而传递函数适用于分析单输入单输出系统，电机系统是一个高阶的非线性多闭环时变系统，利用传递函数分析具有一定局限性；为了提高基于永磁同步电机模型预测控制系统稳定性的可靠度，本领域技术人员需要深入研究分析转速环机械参数(转动惯量和摩擦系数)与电机控制系统稳定性的关系。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分析永磁同步电机模型预测转速控制系统稳定性的方法，该方法包括如下内容：利用泰勒级数将永磁同步电机连续数学模型进行离散化，可得预测模型：可得预测模型：ω
r
(k+1)＝Aω
r
(k)+Bi
q
(k)+Cu
q
(k)+Di
d
(k)+ET
l
(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中：其中：其中：其中：其中：式中：i
d
(k+1)、i
q
(k+1)、ω
r
(k+1)、i
d
(k)、i
q
(k)、ω
r
(k)分别为第(k+1)T
s
时刻和第kT
s
时刻的d、q轴电流和机械角速度；u
d
(k)、u
q
(k)分别为第kT
s
时刻作用于电机的d、q轴电压值；T
s
为离散控制周期，用于评估预测模型结果的成本函数为：式中：i
d*
i
q*
ω
r*
分别为d、q轴电流设定值和转速设定值；其特征在于，对式(2)的预测模型的条件进行假设，并得到电机状态方程为：x(k+1)＝A
u
x(k)+B
u
u(k)+D
u
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
其中：其中：其中：为便于分析，将成本函数写成矩阵向量形式：式中：x
*
＝[i
d*
i
q*
ω
r*
]
T
，定义辅助变量：η＝|x(k+1)
‑
x
*
|＝B
u
(k)u(k)
‑
(x
*
‑
A
u
(k)x(k)
‑
D
u
)＝Az
‑
b
ꢀꢀ
(6)式中：A＝B
u
(k)，z＝u(k)，b＝A
u
(k)x(k)
‑
D
u
‑
x
*
，结合式(3)和式(6)，则成本函数表达式为：J＝η
T
η＝(Az
‑
b)
T
(Az
‑
b)
ꢀꢀ
(7)为了得到最优电压控制矢量，需满足成本函数最小，根据数学求极值理论：
得到极值解：z
*
＝(A
T
A)
‑1A
T
b
ꢀꢀ
(9)由于d2(η
T
η)/dz＝2A
T
A>0，极值即为最小值，则最优电压矢量为：在模型预测控制算法中，使用电机的理想参数R
s0
、L
s0
、ψ
f0
、J
m0
和B
m0
对电机状态进行预测，相应的参数矩阵为A
u0
、B
u0
和D
u0
，则最优电压矢量u
*
(k)：式中：F0＝T
s
/L0,M0＝3pψ
f0 T
s2
/4L
0 J0，实际电机参数为R
s
、L
s
、ψ
f
、J
m
和B
m
，相应的参数矩阵为A
u
、B
u
和D
u
，则被控电机可以描述为：x(k+1)＝A
u
x(k)+B
u
u+D
u
+W
ꢀꢀ
(12)式中：W为不可测量的外部扰动，根据式(11)和式(12)，可得电机闭环控制系统状态方程：x(k+1)＝(A
u
‑
B
u
G0A
u0
)x(k)+B
u
G0x
*
+(I
‑
B
u
G0)D
u
+W ＝Hx(k)+B
u
G0x
*
+(I
‑
B
u
G0)D
u
+W
ꢀꢀ...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛峰，高禄辰，黄少坡，吴立建，黄晓艳，方攸同，李奎，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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