一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法技术

本发明专利技术提供了一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法，属于直线电机控制技术领域，方法包括：利用励磁电感辨识方法辨识励磁电感并估计磁链；将推力参考值、初级磁链幅值参考值和估计初级磁链等输入参考初级磁链矢量发生器，经运算得到参考初级磁链矢量；利用经辨识值更新后的电机模型进行延时补偿，获得初级磁链和电流预测值；根据初级磁链和电流预测值及参考初级磁链矢量计算参考电压矢量；根据参考电压矢量产生开关脉冲，实现对直线感应电机的控制；根据开关脉冲重构初级电压信号，供下一控制周期使用。本发明专利技术可以实现对励磁电感的准确辨识，与无差拍推力预测控制结合能有效提升应用于直线感应电机时的参数鲁棒性。数鲁棒性。数鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法


[0001]本专利技术属于直线电机控制领域，更具体地，涉及一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法。

技术介绍

[0002]直线感应电机无需齿轮箱等传动机构可以直接产生直线运动，在地铁等城轨交通驱动系统中具有广泛的应用前景。与旋转感应电机驱动轨道交通系统相比，直线感应电机驱动系统具有爬坡能力更强、转弯半径更小和截面积更小等优点。然而，直线感应电机因为初级铁芯开断而产生边端效应，使得电机运行中互感变化剧烈并造成高速运行时推力衰减严重。从旋转电机直接转矩控制演变的直接推力控制虽然能有效缓解边端效应造成的推力衰减并保持快速推力响应能力，但因为使用了预定义的开关表和迟滞比较器，导致电机运行中推力波动较大、稳态性能不佳。预测推力控制结合直线感应电机离散数学模型对下一时刻控制量进行状态预测，并根据控制量的参考值确定拟作用的电压矢量，可以有效改善系统稳态性能，同时保持直接推力控制所具有的快速动态响应能力，在直线感应电机驱动系统中具有巨大发展潜力。
[0003]预测推力控制通常包括有限集模型预测推力控制和无差拍推力预测控制两类。前者通过价值函数寻找拟作用的电压矢量，但由于逆变器的离散电压矢量有限，这种方法仍然存在较大的推力波动。无差拍推力预测控制旨在计算能完全跟踪推力和初级磁链参考值的参考电压矢量，并通过PWM技术将该参考电压矢量转换为开关信号。因此，无差拍推力预测控制具有开关频率固定、推力波动小等优点。然而，无差拍预测控制与控制对象数学模型密切相关，模型参数不匹配会使计算的参考电压矢量偏离预期值，进而造成实际控制系统的控制误差甚至不稳定。相比于旋转感应电机，由于特殊的电磁结构和边端效应，直线感应电机在实际运行中参数变化更为复杂，很难获取准确的电机参数。因此，更有必要采取一定的措施提升无差拍推力预测控制应用于直线感应电机时的参数鲁棒性。
[0004]提高控制策略参数鲁棒性的最直接思路就是获取准确的电机参数并在控制策略中对该参数进行实时更新。考虑到直线感应电机在参数变化机理上的差异，辨识的重点通常集中于受边端效应影响程度较重且对控制性能提升较为关键的参数：励磁电感。综合电机速度、转差频率和磁饱和对励磁电感的影响，直线感应电机中这一关键参数的变化机制变得相当复杂。因此，现有的离线参数辨识方法无法适用于一些高性能控制策略。此外，由于直线感应电机的励磁电感数值相对较小(约为几十毫亨)，且初级漏感和励磁电感之间的比值明显增大，一个微小的绝对值误差可能会造成较大的相对误差，故而对励磁电感的辨识精度提出了更高的要求，这也使得原本就较为复杂的在线辨识变得更加具有挑战性。因此，有必要提出实用的励磁电感在线参数辨识策略以提高直线感应电机无差拍预测控制的参数鲁棒性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法，旨在解决现有的无差拍推力预测控制方法应用于直线感应电机时存在的参数鲁棒性差、控制性能易受励磁电感变化影响的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法，包括如下步骤：
[0007]确定当前时刻电机的相电流和角速度；并基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度及上一时刻的初级电压估计电机的励磁电感和励磁电流，并基于电机励磁电感和励磁电流估计电机的初级磁链和次级磁链；
[0008]基于电机速度控制器产生的电机推力参考值、初级磁链幅值参考值、当前时刻电机推力、所述角速度以及所估计的初级磁链确定参考初级磁链矢量；
[0009]基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度以及所估计的初级磁链和次级磁链，通过电机数学模型进行延时补偿获得下一时刻电机的初级磁链和相电流预测值，并根据下一时刻的初级磁链、相电流预测值以及所述参考初级磁链矢量确定电机的参考电压矢量；
[0010]将所述参考电压矢量转换为电机各桥臂开关脉冲，实现对直线感应电机的控制。
[0011]在一个可选的示例中，所述基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度及上一时刻的初级电压估计电机的励磁电感和励磁电流，具体为：
[0012]基于电机的次级磁链、次级电感以及励磁电感定义作为观测量的电机反电动势；
[0013]基于所定义的反电动势简化电机的电压模型和电流模型，避免基于非简化电压模型和电流模型计算次级磁链的纯积分环节，并经过合理简化后完全消除了所辨识励磁电感对简化后电压模型的影响；
[0014]基于简化后的电压模型和电流模型求解励磁电流和励磁电感。
[0015]在一个可选的示例中，电机的反电动势e
m
定义为：
[0016]简化前的电压模型为：
[0017][0018]简化前的电流模型为：
[0019][0020]式中，u1为电机上一时刻的初级电压，L1为电机的初级电感，L2为电机的次级电感，R1为电机的初级电阻，i1为电机初级电流矢量，为漏磁系数，ω2为电机次级角速度，ψ2为电机次级磁链矢量，L
meq
为考虑边端效应后的等效励磁电感，T2为次级时间常数；
[0021]简化后的电压模型为：
[0022]上述简化后电压模型中的σL1可进一步简化为：
[0023][0024]其中，L
l1
和L
l2
为电机的初级漏感和次级漏感，L
m0
为直线感应电机静止时的励磁电感；
[0025]简化后的电流模型为：
[0026][0027]式中，表示励磁电流微分，i
m
表示励磁电流。
[0028]在一个可选的示例中，所述基于简化后的电压模型和电流模型求解励磁电流和励磁电感，具体为：
[0029]简化后的电压模型与待辨识励磁电感无关，将输出观测反电动势的参考值e
m
，简化后的电流模型与待辨识励磁电感相关，将输出观测反电动势的估计值
[0030]由所述简化后的电压模型和电流模型各自输出反电动势通过自适应率运算得到辨识的励磁电感，并将辨识的励磁电感反馈至电流模型来对反电动势估计值进行调节，直到辨识的励磁电感使得反电动势参考值与实际值一致，此时辨识过程达到稳定，可认为自适应率估计的励磁电感为电机实际励磁电感，并进一步由简化后的电流模型求出对应的励磁电流值。
[0031]在一个可选的示例中，由所述简化后的电压模型和电流模型各自输出反电动势通过自适应率运算得到辨识的励磁电感，具体为：
[0032]所设计励磁电感辨识的自适应率为：
[0033][0034]其中，为观测反电动势参考值和估计值之间的误差，K
p
与K
i
为自适应率参数，K
p
>0，K
i
>0，1/s为积分算子；为励磁电感估计值。
[0035]在一个可选的示例中，基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含参数辨识的直线感应电机无差拍推力预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：确定当前时刻电机的相电流和角速度；并基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度及上一时刻的初级电压估计电机的励磁电感和励磁电流，并基于电机励磁电感和励磁电流估计电机的初级磁链和次级磁链；基于电机速度控制器产生的电机推力参考值、初级磁链幅值参考值、当前时刻电机推力、所述角速度以及所估计的初级磁链确定参考初级磁链矢量；基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度以及所估计的初级磁链和次级磁链，通过电机数学模型进行延时补偿获得下一时刻电机的初级磁链和相电流预测值，并根据下一时刻的初级磁链、相电流预测值以及所述参考初级磁链矢量确定电机的参考电压矢量；将所述参考电压矢量转换为电机各桥臂开关脉冲，实现对直线感应电机的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前时刻电机的相电流、当前时刻电机的角速度及上一时刻的初级电压估计电机的励磁电感和励磁电流，具体为：基于电机的次级磁链、次级电感以及励磁电感定义作为观测量的电机反电动势；基于所定义的反电动势简化电机的电压模型和电流模型，避免基于非简化电压模型和电流模型计算次级磁链的纯积分环节，并经过合理简化后完全消除了所辨识励磁电感对简化后电压模型的影响；基于简化后的电压模型和电流模型求解励磁电流和励磁电感。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电机的反电动势e
m
定义为：简化前的电压模型为：简化前的电流模型为：式中，u1为电机上一时刻的初级电压，L1为电机的初级电感，L2为电机的次级电感，R1为电机的初级电阻，i1为电机初级电流矢量，为漏磁系数，ω2为电机次级角速度，ψ2为电机次级磁链矢量，L
meq
为考虑边端效应后的等效励磁电感，T2为次级时间常数；简化后的电压模型为：简化后的电流模型为：式中，表示励磁电流微分，i
m
表示励磁电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，上述简化后电压模型中的σL1可进一步简化为：其中，L
l1
和L
l2
为电机的初级漏感和次级漏感，L
m0
为直线感应电机静止时的励磁电感。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，唐一融，葛健，李伟业，苏诗湖，刘智成，何红成，罗英露，何明杰，徐永谦，王禹，
申请(专利权)人：襄阳中车电机技术有限公司中车株洲电机有限公司广州地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：