一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法、系统及介质，本发明专利技术包括观测转子位置和转速，将转速的差值通过转速调节器得到q轴参考电流；利用预测模型预测k+1时刻的d,q轴电流及励磁电流；根据q轴参考电流、k+1时刻的d,q轴电流及励磁电流计算两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量相应的价值函数J；选择最小的价值函数J对应的电压矢量，若选择的电压矢量为零矢量则按照开关切换次数最少的原则在两个零矢量中择一以生成开关信号S

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]变磁阻电机调速范围广，可靠性高，保留了永磁同步电机的特性又省去了永磁体，在电动汽车、航空航天等系统中得到了较广泛的应用。利用外部直流电流提供励磁的方式有效降低了电机的震动和噪声，同时，通过调节直流励磁电流，在保证高功率密度的同时实现了气隙磁场可调节的特点。针对电机的高性能应用，通常采用速度、电流双闭环调节的磁场定向控制算法。机械传感器的作用是为磁场方向和速度反馈输入提供必要的转子位置。但是，它存在稳定性差、成本高、对噪声和振动敏感等限制。因此，国内外学者对用无位置控制算法代替传统机械位置传感器来得到电机转子位置角和转速进行了大量研究。
[0003]在众多无位置算法中，都是基于矢量控制或直接转矩控制，把其与模型预测控制结合起来的研究尚不多见。无传感器控制技术根据速度适用范围大致分为两类:基于显著性的高频信号注入法和基于模型的反电动势法。高频信号注入方法提高了转子位置估计精度，提高了电机无传感器控制系统的性能。同时，在信号分离过程中也会对电机的动态性能产生影响。后一种策略适用于中高速运行的电机。这类方法不需要任何额外的信号注入，但由于缺乏有效信息，基于反电动势估计的方法不适用于低速情况。目前常用的有模型参考自适应算法、扩展卡尔曼滤波算法和滑模观测器算法。而传统的滑模观测器，由于开关函数的存在，导致控制系统出现高频抖动，这在很大程度上影响了观测的精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法、系统及介质，本专利技术实现了考虑励磁电流的变磁阻电机的预测控制策略，与传统的矢量控制策略相比，该方法消除了电流环PI调节器，简化了控制系统的复杂性，而且通过采用电机位置参数观测方法观测得到变磁阻电机的转子位置和转速可使得变磁阻电机的控制无需位置传感器，提高了变磁阻电机系统的可靠性、降低了硬件成本。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法，包括：
[0007]S101，采用电机位置参数观测方法观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
，将给定的转速与变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
的差值通过转速调节器得到q轴参考电流采集a、b、c三相电流以及励磁电流，通过坐标变换得到d轴电流和q轴电流；将k时刻的d轴电流i
d
(k)，q轴电流i
q
(k)和励磁电流i
f
(k)和两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量作为d、q轴电压分别代入预设的预测模型得到k+1时刻的d,q轴电流和及励磁电流
[0008]S102，设置d轴的参考电流为0，励磁参考电流为常数c；并根据q轴参考电流d轴的参考电流励磁参考电流k+1时刻的d,q轴电流和及励磁电流计算两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量相应的价值函数J；
[0009]S103，在两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量中选择最小的价值函数J对应的电压矢量，且在选择的电压矢量为零矢量时，按照开关切换次数最少的原则在两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量中的两个零矢量中选取其中一个零矢量生成开关信号S
abc
以控制变磁阻电机的逆变器。
[0010]可选地，步骤S101中预测模型的函数表达式为：
[0011][0012]上式中，T
s
为采样时间，和分别为k+1时刻d、q轴电流和励磁电流；i
d
(k)、i
q
(k)和i
f
(k)分别为k时刻d、q轴电流和励磁电流，u
d
(k)和u
q
(k)分别为k时刻d,q轴电压，u
f
(k)为k时刻励磁电压，L
d
和L
q
分别为电枢绕组的d,q轴自感，ω
e
为电机转速，L
f
是励磁磁场绕组的自感，M
sf
是电枢绕组与励磁磁场绕组之间的互感，R
s
和R
f
分别为电枢绕组电阻和磁场绕组电阻。
[0013]可选地，步骤S102中价值函数J的计算函数表达式为：
[0014][0015]上式中，和分别表示变磁阻电机的d、q轴参考电流，表示变磁阻电机的励磁绕组参考电流。
[0016]可选地，步骤S101中采用电机位置参数观测方法观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
包括：
[0017]S201，构建变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器的表达式；
[0018]S202，将变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器进行整合，得到用于转子位置信息观测的数学模型；
[0019]S203，针对观测器进行稳定性分析以确定数学模型中的增益矩阵；
[0020]S204，针对观测器进行离散分析得到离散时间状态下转子位置观测器，通过离散时间状态下转子位置观测器观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
。
[0021]可选地，步骤S201中构建变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器时，构建的变磁阻电机静止坐标系下的电压方程如下式所示：
[0022][0023]上式中，u
d
和u
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴电压，u
f
表示变磁阻电机的励磁绕组电压，R
s
和R
f
分别表示变磁阻电机的电枢绕组电阻和励磁绕组电阻，ω
e
表示变磁阻电机的转子位置和转速，M
sf
表示变磁阻电机的电枢绕组与励磁绕组之间的互感，L
d
和L
q
分别表示变磁阻电机的电枢绕组的d,q轴自感，i
d
和i
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴电流，i
f
表示变磁阻电机的励磁绕组电流，t表示时间；步骤S201中构建的基于磁链建模的观测器的表达式如下式所示：
[0024][0025]上式中，表示定子磁链ψ
s
＝[ψ
q
,ψ
q
]T
的估计值，ψ
d
和ψ
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴定子磁链，u
s
表示电枢绕组电压值，表示电枢绕组电阻R
s
的估计值，i
s
表示定子电流，为转子位置θ
e
的估计值，表示变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
的估计值，J表示正交旋转矩阵，K表示增益矩阵，k1和k2为观测器的增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流预测的变磁阻电机控制方法，其特征在于，包括：S101，采用电机位置参数观测方法观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
，将给定的转速与变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
的差值通过转速调节器得到q轴参考电流采集a、b、c三相电流以及励磁电流，通过坐标变换得到d轴电流和q轴电流；将k时刻的d轴电流i
d
()，q轴电流i
q
()和励磁电流i
f
()和两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量作为d、q轴电压分别代入预设的预测模型得到k+1时刻的d,q轴电流和及励磁电流S102，设置d轴的参考电流为0，励磁参考电流为常数c；并根据q轴参考电流d轴的参考电流励磁参考电流k+1时刻的d,q轴电流和及励磁电流计算两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量相应的价值函数J；S103，在两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量中选择最小的价值函数J对应的电压矢量，且在选择的电压矢量为零矢量时，按照开关切换次数最少的原则在两电平电压源型逆变器8种不同的电压矢量中的两个零矢量中选取其中一个零矢量生成开关信号S
abc
以控制变磁阻电机的逆变器。2.根据权利要求1所述的基于电流预测的变磁阻电机控制方法，其特征在于，步骤S101中预测模型的函数表达式为：上式中，T
s
为采样时间，和分别为k+1时刻d、q轴电流和励磁电流；i
d
()、i
q
()和i
f
()分别为k时刻d、q轴电流和励磁电流，u
d
()和u
q
()分别为k时刻d,q轴电压，u
f
()为k时刻励磁电压，L
d
和L
q
分别为电枢绕组的d,q轴自感，ω
e
为电机转速，L
f
是励磁磁场绕组的自感，M
sf
是电枢绕组与励磁磁场绕组之间的互感，R
s
和R
f
分别为电枢绕组电阻和磁场绕组电阻。3.根据权利要求1所述的基于电流预测的变磁阻电机控制方法，其特征在于，步骤S102中价值函数J的计算函数表达式为：上式中，和分别表示变磁阻电机的d、q轴参考电流，表示变磁阻电机的励磁绕组参考电流。4.根据权利要求1所述的基于电流预测的变磁阻电机控制方法，其特征在于，步骤S101中采用电机位置参数观测方法观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
包括：S201，构建变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器的表达式；
S202，将变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器进行整合，得到用于转子位置信息观测的数学模型；S203，针对观测器进行稳定性分析以确定数学模型中的增益矩阵；S204，针对观测器进行离散分析得到离散时间状态下转子位置观测器，通过离散时间状态下转子位置观测器观测得到变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
。5.根据权利要求4所述的基于电流预测的变磁阻电机控制方法，其特征在于，步骤S201中构建变磁阻电机静止坐标系下的电压方程以及基于磁链建模的观测器时，构建的变磁阻电机静止坐标系下的电压方程如下式所示：上式中，u
d
和u
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴电压，u
f
表示变磁阻电机的励磁绕组电压，R
s
和R
f
分别表示变磁阻电机的电枢绕组电阻和励磁绕组电阻，ω
e
表示变磁阻电机的转子位置和转速，M
sf
表示变磁阻电机的电枢绕组与励磁绕组之间的互感，L
d
和L
q
分别表示变磁阻电机的电枢绕组的d,q轴自感，i
d
和i
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴电流，i
f
表示变磁阻电机的励磁绕组电流，t表示时间；步骤S201中构建的基于磁链建模的观测器的表达式如下式所示：上式中，表示定子磁链ψ
s
＝[ψ
d
,ψ
q
]
T
的估计值，ψ
d
和ψ
q
分别表示变磁阻电机的d、q轴定子磁链，u
s
表示电枢绕组电压值，表示电枢绕组电阻R
s
的估计值，i
s
表示定子电流，为转子位置θ
e
的估计值，表示变磁阻电机的转子位置和转速ω
e
的估计值，J表示正交旋转矩阵，K表示增益矩阵，k1和k2为观测器的增益系数，为定子电流i
s
的估计值，表示变磁阻电机的电感的估计值，为励磁磁链λ
f
的估计值，励磁磁链λ
f
的计算函数表达式为λ
f
＝M
sf
i
f
，定子电流i
s
的计算函数表达式为i
s
＝L
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴轩，陈辉宇，刘波，吴婷，黄守道，黄晟，吕铭晟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：