新型感应电机模型预测速度控制方法技术

本发明专利技术公开了新型感应电机模型预测速度控制方法，具体为：对感应电机的数学模型进行建模，使感应电机基于两相静止坐标系来进行建模，得到感应电机模型；将感应电机模型作为参考模型来进行全阶自适应观测器的设计；建立出传统的预测模型，然后引入区别于传统预测模型的超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型；进行代价函数的构建，用于评估预测值和参考值之间相似度的工具，最后计算出代价函数直接确定所选的最佳矢量，进而确定感应电机的控制性能。电机的控制性能。电机的控制性能。

【技术实现步骤摘要】
新型感应电机模型预测速度控制方法


[0001]本专利技术属于高性能感应电机控制
，具体涉及一种新型感应电机模型预测速度控制方法。

技术介绍

[0002]感应电机由于其结构简单，可靠性高，价格低廉等优点被广泛应用于工、农业生产中。随着科技进步，市场对于电机的性能需求越来越高，高性能交流调速控制技术被广大学者深入研究，其中模型预测控制已成为一个重要的研究分支。
[0003]针对模型预测控制，目前所提出的大多数研究基本集中于电流、转矩以及磁链控制。然而，固有的级联结构限制了电机的动态响应性能，因此，需要对双闭环模型预测控制方案进行改进。模型预测速度控制综合了模型预测控制和直接速度控制的优点，克服了级联结构的局限性，实现转速上的高动态性控制。
[0004]经典的模型预测速度控制包括两个阶段：预测和最优化；在预测阶段，定子磁链和转速的预测取决于感应电机的参数。参数的不匹配会不可避免地导致磁链和转速的预测误差，导致优化阶段电压矢量的选择错误，从而导致控制性能的下降，甚至导致系统的不稳定。目前，评价参数不匹配引起的预测误差的方法和提高鲁棒性已成为感应电动机模型预测速度控制的研究热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种新型感应电机模型预测速度控制方法，用来提高感应电机模型预测速度控制的鲁棒性，从而有效地抑制参数不匹配引起的预测误差，提高其动态、稳态性能、预测精度和鲁棒性性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种新型感应电机模型预测速度控制方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]步骤1，对感应电机的数学模型进行建模，使感应电机基于两相静止坐标系来进行建模，得到感应电机模型；
[0008]步骤2，将感应电机模型作为参考模型来进行全阶自适应观测器的设计，通过设计出的全阶自适应观测器来估计出转速以及磁链；
[0009]步骤3，将全阶自适应观测器估计出的转速以及磁链作为预测输入，建立出传统的预测模型，然后引入区别于传统预测模型的超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型；
[0010]步骤4，将基于超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型预测控制得到的预测电流和预测转矩的结果用于代价函数评估过程中，进行代价函数的构建，用于评估预测值和参考值之间相似度的工具，最后计算出代价函数直接确定所选的最佳矢量，进而确定感应电机的控制性能。
[0011]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，对感应电机的数学模型进行
建模，使感应电机基于两相静止坐标系来进行建模，得到感应电机模型，具体为：
[0012]感应电机的数学模型具体如下：
[0013]在两相静止坐标系下，感应电机的数学表达式可表示为：
[0014][0015][0016][0017][0018]式中，u
s
为电压矢量，i
s
为定子电流，i
r
为转子电流，ψ
s
为定子磁链，ψ
r
为转子磁链，T
e
为电磁转矩，T
l
为负载转矩，ω
e
为电机同步速，ω
r
为电转子转速，R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻，L
s
为定子电感，L
r
为转子电感，L
m
为互感，J为转动惯量，n
p
为极对数；
[0019]选择以定子电流和电子磁链作为状态变量，感应电机的数学模型可表达为：
[0020][0021]其中，x＝[i
s ψ
s
]T
，u＝u
s
，
[0022][0023]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤2中，将感应电机模型作为参考模型来进行全阶自适应观测器的设计，通过设计出的全阶自适应观测器来估计出转速以及磁链，具体为：
[0024]全阶自适应观测器是模型参考自适应的一种，属于闭环磁链估计的范畴，其基本思想是将感应电机模型作为参考模型，同时基于感应电机的状态方程设计一个状态观测器作为可调模型；可调模型中包含了反馈校正矩阵，构成了含有误差补偿的闭环估计；两个模型的输入变量和输出变量的物理意义都是相同的，两者的误差经过转速自适应律，就可得到在线辨识的转速；当误差值为零时，说明可调模型的转速值收敛到实际值；根据这一思想，以感应电机的数学模型建立全阶自适应观测器的模型：
[0025][0026]式中，G为反馈增益矩阵。
[0027][0028]u＝[u
sα u
sβ
]T
，C＝[I O]T
，
[0029]作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤3中，将全阶自适应观测器估计出的转速以及磁链作为预测输入，建立出传统的预测模型，然后引入区别于传统预测模型的超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型，具体为：
[0030]步骤3.1，传统的预测模型如下：
[0031]在感应电机有限集模型预测速度控制系统中，感应电机的状态方程作为预测时所依据的模型，那么定子磁链预测值可表示为：
[0032]ψ
s
(k+1)＝ψ
s
(k)+T
s
V
o
(k)
‑
R
s
T
s
i
s
(k)
ꢀꢀ
(7)
[0033]转子磁链可由当前时刻定子磁链以及定子电流得到，如式(8)：
[0034][0035]定子电流的预测值如式(9)：
[0036][0037]根据k+1时刻定子磁链和定子电流的预测值，可得到k+1时刻电磁转矩预测值：
[0038]T
e
(k+1)＝1.5pIm(ψ
s
(k+1)*i
s
(k+1)) (10)
[0039]依据感应电机的运动方程，可得到k+1时刻转速预测值：
[0040][0041]式中，T
s
为采样时间，V
o
为被选择的电压矢量，为被选择的电压矢量，
[0042]步骤3.2，超局部电流预测模型如下：
[0043]作为单输入单输出系统，其超局部模型可以表示为：
[0044][0045]式中，u和y分别代表系统的控制变量和输出变量，a为确定的参数，F代表系统的未知部分；
[0046]根据感应电机在两相静止坐标系下的数学模型，那么超局部电流预测模型式子如下：
[0047][0048]式中，系统的未知部分可表示为：
[0049][0050]a
α
＝a
β
＝γL
r
为系统的输入变量的增益，f
α
和f
β
分别为系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型感应电机模型预测速度控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，对感应电机的数学模型进行建模，使感应电机基于两相静止坐标系来进行建模，得到感应电机模型；步骤2，将感应电机模型作为参考模型来进行全阶自适应观测器的设计，通过设计出的全阶自适应观测器来估计出转速以及磁链；步骤3，将全阶自适应观测器估计出的转速以及磁链作为预测输入，建立出传统的预测模型，然后引入区别于传统预测模型的超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型；步骤4，将基于超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型预测控制得到的预测电流和预测转矩的结果用于代价函数评估过程中，进行代价函数的构建，用于评估预测值和参考值之间相似度的工具，最后计算出代价函数直接确定所选的最佳矢量，进而确定感应电机的控制性能。2.根据权利要求1所述的新型感应电机模型预测速度控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，对感应电机的数学模型进行建模，使感应电机基于两相静止坐标系来进行建模，得到感应电机模型，具体为：感应电机的数学模型具体如下：在两相静止坐标系下，感应电机的数学表达式可表示为：感应电机的数学表达式可表示为：感应电机的数学表达式可表示为：感应电机的数学表达式可表示为：式中，u
s
为电压矢量，i
s
为定子电流，i
r
为转子电流，ψ
s
为定子磁链，ψ
r
为转子磁链，T
e
为电磁转矩，T
l
为负载转矩，ω
e
为电机同步速，ω
r
为电转子转速，R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻，L
s
为定子电感，L
r
为转子电感，L
m
为互感，J为转动惯量，n
p
为极对数；选择以定子电流和电子磁链作为状态变量，感应电机的数学模型可表达为：其中，x＝[i
s
ψ
s
]
T
，u＝u
s
，，
3.根据权利要求2所述的新型感应电机模型预测速度控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，将感应电机模型作为参考模型来进行全阶自适应观测器的设计，通过设计出的全阶自适应观测器来估计出转速以及磁链，具体为：全阶自适应观测器是模型参考自适应的一种，属于闭环磁链估计的范畴，其基本思想是将感应电机模型作为参考模型，同时基于感应电机的状态方程设计一个状态观测器作为可调模型；可调模型中包含了反馈校正矩阵，构成了含有误差补偿的闭环估计；两个模型的输入变量和输出变量的物理意义都是相同的，两者的误差经过转速自适应律，就可得到在线辨识的转速；当误差值为零时，说明可调模型的转速值收敛到实际值；根据这一思想，以感应电机的数学模型建立全阶自适应观测器的模型：式中，G为反馈增益矩阵；u＝[u
sα u
sβ
]
T
，C＝[I O]
T
，4.根据权利要求3所述的新型感应电机模型预测速度控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，将全阶自适应观测器估计出的转速以及磁链作为预测输入，建立出传统的预测模型，然后引入区别于传统预测模型的超局部电流预测模型及电压电流双模型的磁链预测模型，具体为：步骤3.1，传统的预测模型如下：在感应电机有限集模型预测速度控制系统中，感应电机的状态方程作为预测时所依据的模型，那么定子磁链预测值可表示为：ψ
s
(k+1)＝ψ
s
(k)+T
s
V
o
(k)
‑
R
s
T
s
i
s
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)转子磁链可由当前时刻定子磁链以及定子电流得到，如式(8)：定子电流的预测值如式(9)：根据k+1时刻定子磁链和定子电流的预测值，可得到k+1时刻电磁转矩预测值：T
e
(k+1)＝1.5pIm(ψ
s
(k+1)*i
s
(k+1)) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延庆，邵亮，尹忠刚，张彦平，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：