超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无模型预测电流控制领域，具体涉及一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法及装置。该方法及装置首先建立永磁同步电机的超局部模型；对超局部模型中设计的比例因子进行失配性能分析，确保设计的比例因子与最佳比例因子偏差低于预设阈值；再对设计的比例因子进行辨识，将设计的参考值输入至辨识模型后输出比例因子观测值，确保比例因子观测值收敛至参考值；最后对设计的比例因子进行在线补偿和自切换，避免参数波动带来的电流预测误差。本发明专利技术在实现超局部模型比例因子辨识的同时，能够对其进行在线补偿。能够对其进行在线补偿。能够对其进行在线补偿。

【技术实现步骤摘要】
超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法及装置


[0001]本专利技术涉及无模型预测电流控制领域，具体而言，涉及一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法及装置。

技术介绍

[0002]为了提高模型预测电流控制的鲁棒性，除了对电机参数进行辨识外，无模型预测电流控制可以无需电机参数实现对未来时刻电流的预测。在有限集无模型预测电流控制中，未来时刻电流的预测依赖于逆变器电压矢量相对应的电流梯度。然而，由于每一个控制周期只能施加一种电压矢量，因此，电流梯度的更新存在滞后问题，从而影响预测电流的精度。
[0003]为了提高电流梯度的更新频率，可设计基于超局部模型的电流梯度更新策略。然而，在超局部模型中，除了使用观测器对参数进行观测外，还需要设计比例因子，从而实现电流梯度的更新。在基于超局部模型的无模型预测电流中，结合电机的电感标称参数，可对比例因子进行设计。然而，由于电机工况的变化，电机的实际参数与标称参数会不匹配，设计的比例因子可能存在误差。因此，需要研究超局部模型比例因子的在线辨识和补偿策略，提高未来时刻电流预测的精度，从而实现永磁同步电机电流环的高性能控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法及装置，以至少解决现有技术中电机工作状态发生改变时无法对补偿参数进行切换的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一实施例，提供了一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法，包括以下步骤：
[0006]建立永磁同步电机的超局部模型；
[0007]对超局部模型中设计的比例因子进行失配性能分析，确保设计的比例因子与最佳比例因子偏差低于预设阈值；
[0008]对设计的比例因子进行辨识，将设计的参考值输入至辨识模型后输出比例因子观测值，确保比例因子观测值收敛至参考值；
[0009]对设计的比例因子进行在线补偿和自切换。
[0010]进一步地，建立永磁同步电机的超局部模型包括：
[0011]一阶单输入单输出系统的超局部模型的表达式为：
[0012][0013]其中，U(t)和Y(t)分别为系统的输入和输出；α为设计的比例因子；F(t)为系统的相关项的总和，包含系统的多个部分；
[0014]基于公式(1)，经过离散化的永磁同步电机模型表示为：
[0015][0016]其中：其中：i
d
(k)、i
d
(k+1)分别为第(k)个采样周期和第(k+1)个采样周期的d轴电流；i
q
(k)、i
q
(k+1)分别为第(k)个采样周期和第(k+1)个采样周期的q轴电流；R
s
、L
s
和ψ
f
分别为永磁同步电机的标称电阻、标称电感和标称磁链；ω
r
为永磁同步电机的电角速度；T
s
为永磁同步电机电流环的采样周期；
[0017]将Δi
s
(k)＝i
s
(k+1)
‑
i
s
(k)代入公式(2)可得电流梯度为：
[0018][0019]其中：u
d
(k)和u
q
(k)为d、q轴在第k个控制周期的输入电压。
[0020]进一步地，对超局部模型中设计的比例因子进行失配性能分析，确保设计的比例因子与最佳比例因子偏差低于预设阈值包括：
[0021]假定系统中其他参数不变，按照标称参数设计的比例因子α
s
与系统实际的比例因子α0失配的性能分析如下：
[0022]以q轴电流为研究对象，将q轴参考电流代入公式(2)中可得：
[0023]同时，在第(k+1)个采样周期的实际电流i
q
(k+1)依据公式(2)可得：
[0024]比较公式(4)和公式(5)，并将公式(2)中的F
q
代入可得：
[0025][0026]将公式(6)进行z变换，可得电流传递函数H(z)为：
[0027][0028]此时，电流预测离散系统的极点为：
[0029][0030]由公式(8)可知，该离散系统的稳定条件为：
[0031][0032]进一步地，对设计的比例因子进行辨识，将设计的参考值输入至辨识模型后输出比例因子观测值，确保比例因子观测值收敛至参考值包括：
[0033]设计滑模观测器SMO如下：
[0034][0035]其中：和分别为d轴电流和参数F
d
的观测值；为比例因子的观测值；sign()为符号函数；g为观测器的增益系数；η为控制律的增益系数；
[0036]化简公式(10)可得与之间的关系为：
[0037][0038]将和分别设定为辨识系统的输入和输出，设定为辨识系统的外部扰动，对公式(11)进行Laplace变换可得辨识模型传递函数G(s)：
[0039][0040]设计PI控制器为：
[0041][0042]其中，E
in
为PI控制器的输入；k
p
为PI控制器的比例系数；k
i
为PI控制器的积分系数；
[0043]围绕d轴电流对PI控制器进行设计，由公式(2)可得：
[0044][0045]进一步地，将PI控制器的输出输入至公式(12)所示的辨识模型中，经过模型输出当观测值收敛至参考值时，PI控制器的输出等于电机的真实比例因子α0。
[0046]进一步地，对设计的比例因子进行在线补偿和自切换包括：
[0047]当速度的跟踪误差在
±
2％时，判定速度达到稳态；条件1为：
[0048][0049]其中，E
speed
为速度跟踪误差，为参考速度；
[0050]条件2为：
[0051]|S
spee
d|≤S
min
ꢀꢀꢀ
(16)
[0052]其中，S
speed
为速度的斜率，S
min
为设定的斜率比较值；
[0053]在速度跟踪不满足条件1和条件2时，限定PI控制器的输出值为变化前最后时刻的
值；
[0054]根据电机的标称参数对比例因子α的初值进行设定。
[0055]进一步地，当速度跟踪同时满足条件1和条件2时，系统会自动切换比例因子α为PI控制器输出的辨识结果当电机运行速度发生改变时，再次自动切换比例因子α为变化前的最后时刻值，直到系统的速度再次稳定，并满足条件1和条件2时，再次自动切换为PI控制器输出的辨识结果
[0056]根据本专利技术的另一实施例，提供了一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿装置，包括：
[0057]模型建立单元，用于建立永磁同步电机的超局部模型；
[0058]失配性能分析单元，用于对超局部模型中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：建立永磁同步电机的超局部模型；对超局部模型中设计的比例因子进行失配性能分析，确保设计的比例因子与最佳比例因子偏差低于预设阈值；对设计的比例因子进行辨识，将设计的参考值输入至辨识模型后输出比例因子观测值，确保比例因子观测值收敛至参考值；对设计的比例因子进行在线补偿和自切换。2.根据权利要求1所述的超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法，其特征在于，所述建立永磁同步电机的超局部模型包括：一阶单输入单输出系统的超局部模型的表达式为：其中，U(t)和Y(t)分别为系统的输入和输出；α为设计的比例因子；F(t)为系统的相关项的总和，包含系统的多个部分；基于公式(1)，经过离散化的永磁同步电机模型表示为：其中：其中：i
d
(k)、i
d
(k+1)分别为第(k)个采样周期和第(k+1)个采样周期的d轴电流；i
q
(k)、i
q
(k+1)分别为第(k)个采样周期和第(k+1)个采样周期的q轴电流；R
s
、L
s
和ψ
f
分别为永磁同步电机的标称电阻、标称电感和标称磁链；ω
r
为永磁同步电机的电角速度；T
s
为永磁同步电机电流环的采样周期；将Δi
s
(k)＝i
s
(k+1)
‑
i
s
(k)代入公式(2)可得电流梯度为：其中：u
d
(k)和u
q
(k)为d、q轴在第k个控制周期的输入电压。3.根据权利要求2所述的超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法，其特征在于，所述对超局部模型中设计的比例因子进行失配性能分析，确保设计的比例因子与最佳比例因子偏差低于预设阈值包括：假定系统中其他参数不变，按照标称参数设计的比例因子α
s
与系统实际的比例因子α0失配的性能分析如下：以q轴电流为研究对象，将q轴参考电流代入公式(2)中可得：
同时，在第(k+1)个采样周期的实际电流i
q
(k+1)依据公式(2)可得：比较公式(4)和公式(5)，并将公式(2)中的F
q
代入可得：将公式(6)进行z变换，可得电流传递函数H(z)为：此时，电流预测离散系统的极点为：由公式(8)可知，该离散系统的稳定条件为：4.根据权利要求3所述的超局部模型比例因子的在线自切换辨识补偿方法，其特征在于，所述对设计的比例因子进行辨识，将设计的参考值输入至辨识模型后输出比例因子观测值，确保比例因子观测值收敛至参考值包括：设计滑模观测器SMO如下：其中：和分别为d轴电流和参数F
d...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永停，孙征，王建立，李洪文，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：