一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法技术

本发明专利技术一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法，属于交流电机控制技术领域；首先确定起动控制参数和起动/发电机参数，对转速控制环路和电流控制环路采样得定子电流i

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法


[0001]本专利技术属于交流电机控制
，具体涉及一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法。

技术介绍

[0002]当前永磁起动/发电系统中针对永磁电机的起动控制方法多来源于电驱动系统中已广泛应用的基于比例积分(PI)控制器及空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的控制技术。在电驱动系统中，泵类、风机类负载在零低速时负载扭矩近似为零，零速起动过程要求简单。
[0003]而在起动/发电系统中，发动机负载相对较重，且具有零速初始负载，在起动过程中需要持续输出转矩进行升速。永磁电机拖动发动机负载升速至点火转速，发动机进行点火操作，进而继续升速至脱开转速，起动控制过程完成。在该过程中，需要永磁电机能够即时输出力矩，传统基于比例积分(PI)控制器及空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)的线性控制技术在解决永磁同步电机多变量、强耦合、非线性特点所带来的问题时，仍存在着一定的缺陷与动态性方面的不足。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题：
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法，具体通过采用基于离散预测模型进行转速、电流预测，经代价函数综合评定后选择最优电压矢量输出，实现转速与电流组合的动态起动控制效果。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法，具体步骤如下：
[0007]步骤1：确定起动控制参数和起动/发电机参数；
[0008]步骤2：当到达转速控制环路的采样时刻时，采集系统给定转速ω
ref
、当前转速ω
r
(k)、永磁同步起动/发电机三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)；利用当前转速ω
r
(k)通过查表法获取当前负载转矩T
l
(k)，对三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)依据矢量变换策略进行CLARK及PARK变换，得到在当前k时刻同步旋转坐标系下的定子电流i
d
(k)和i
q
(k)；
[0009]步骤3：采用无差拍预测控制方法进行转速预测控制，计算电流控制环路定子电流指令值i
q*
，计算表达式如下：
[0010][0011]其中，
[0012]x
m
(k)＝i
q
(k)
[0013]u
m
(k)＝ω
r
(k)
[0014]v
m
(k)＝T
l
(k)
[0015][0016][0017][0018][0019]步骤4：当到达电流控制环路的采样时刻时，采集永磁同步起动/发电机三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k),对三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)依据矢量变换策略进行CLARK及PARK变换，得到在当前k时刻同步旋转坐标系下的定子电流i
d
(k)和i
q
(k)；
[0020]步骤5：建立待预测全部电压矢量；
[0021]步骤6：对步骤5中的待预测电压矢量依次采用预测模型预测k+1时刻的电流值，预测模型表达式如下：
[0022]x
e
(k+1)＝A
e
x
e
(k)+B
e
u
e
(k)+E
e
[0023]其中，
[0024]x
e
(k)＝[i
d
(k) i
q
(k)]T
[0025]u
e
(k)＝[u
d
(k) u
q
(k)]T
[0026][0027][0028][0029]其中，ω
e
(k)为k时刻转子电角速度；
[0030]得到多组d、q轴电流在k+1时刻预测值i
d
(k+1)、i
q
(k+1)，分别对应步骤5中各电压矢量；
[0031]步骤7：通过代价函数判断最优电压矢量；设计电流跟随代价函数如下式所示：
[0032][0033]令为步骤3中计算出的结果，分别将步骤6中的多组电流预测值带入，能够得到多个对应的代价函数值，取代价函数值最小的一组电流预测值i
d
(k+1)、i
q
(k+1)所对应的电压矢量为最优电压矢量；
[0034]步骤8：输出最优电压矢量。
[0035]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，起动控制参数包括：T
s
为电流控制环路的采样时间，T
f
为转速控制环路的采样时间，J为转动惯量，B为阻尼系数。
[0036]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤1中，起动/发电机参数包括：L为定子电感值，R为定子电阻值，Ψ
f
为电机永磁体磁链值，p为电机极对数。
[0037]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤5中，对于永磁交流起动发电系统的三相两
电平逆变器，在下一时刻，即k+1时刻，所有可能输出的门控信号组合对应了8种开关状态及电压矢量，如下表所示：
[0038][0039]其中，S
a
，S
b
，S
c
分别为A、B、C相桥臂开关状态，表达式如下：
[0040][0041][0042][0043]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤6中，能够得到8组d、q轴电流在k+1时刻预测值i
d
(k+1)、i
q
(k+1)，分别对应步骤5中8个电压矢量。
[0044]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤7中，分别将步骤6中的8组电流预测值带入，可得8个代价函数值。
[0045]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤8中，在控制系统下一电流采样时刻，即k+1时刻，直接输出步骤7中评定出的最优电压矢量所对应的A、B、C相桥臂开关状态。
[0046]有益效果
[0047]本专利技术的有益效果在于：
[0048]1.本专利技术针对航空发动机起动输出力矩与动态升速需求，结合永磁同步电机交、
直轴电流与输出力矩特性关联关系，提出采用无差拍预测转速结合有限集模型预测电流的组合控制方法，兼顾起动升速动态控制与转矩输出动态控制，消除了采用线性比例积分控制器与发波调制器带来的响应滞后问题，提高了起动系统转速与转矩的动态响应能力。
[0049]2.航空发动机永磁起动/发电系统的起动过程本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的永磁起动/发电机起动控制方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1：确定起动控制参数和起动/发电机参数；步骤2：当到达转速控制环路的采样时刻时，采集系统给定转速ω
ref
、当前转速ω
r
(k)、永磁同步起动/发电机三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)；利用当前转速ω
r
(k)通过查表法获取当前负载转矩T
l
(k)，对三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)依据矢量变换策略进行CLARK及PARK变换，得到在当前k时刻同步旋转坐标系下的定子电流i
d
(k)和i
q
(k)；步骤3：采用无差拍预测控制方法进行转速预测控制，计算电流控制环路定子电流指令值i
q*
，计算表达式如下：其中，x
m
(k)＝i
q
(k)u
m
(k)＝ω
r
(k)v
m
(k)＝T
l
(k)(k)(k)(k)步骤4：当到达电流控制环路的采样时刻时，采集永磁同步起动/发电机三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k),对三相电流i
A
(k)，i
B
(k)，i
C
(k)依据矢量变换策略进行CLARK及PARK变换，得到在当前k时刻同步旋转坐标系下的定子电流i
d
(k)和i
q
(k)；步骤5：建立待预测全部电压矢量；步骤6：对步骤5中的待预测电压矢量依次采用预测模型预测k+1时刻的电流值，预测模型表达式如下：x
e
(k+1)＝A
e
x
e
(k)+B
e
u
e
(k)+E
e
其中，x
e
(k)＝[i
d
(k) i
q
(k)]
T
u
e
(k)＝[u
d

【专利技术属性】
技术研发人员：涂文聪，孟涛，管毅，姜宇，王超，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：