一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法技术

本发明专利技术公开了一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法。包括电机模型的离散化；计算同步旋转坐标系下的基波交直轴电流分量；进行延时补偿得到k+1时刻的交直轴电流分量；根据电机离散模型和k+1时刻的交直轴电流分量，预测第k+2时刻的交直轴电流分量；参考电压矢量及其位置角的计算；利用虚拟矢量控制集筛选最优电压矢量；占空比优化；构建扰动观测器；设计参数修正控制器。本发明专利技术利用无差拍控制有效提高了控制系统的计算效率，还设计观测器和参数修正控制器对电机系统发生的参数失配进行修正，极大地提高了控制系统的鲁棒性。极大地提高了控制系统的鲁棒性。极大地提高了控制系统的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法


[0001]本专利技术属于多相电机驱动控制领域，具体涉及一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法。

技术介绍

[0002]电机是工业生产、科技发展中不可或缺的装置，科技的进步和工业生产的需要进一步拓展了电机系统的应用领域。随着低压大功率等需求的增多，传统三相电机已经很难满足实际生产和创新的工程需要。特别是在船舰综合电力系统中，大容量电机在电力推动系统中发挥着至关重要的作用。相较于传统三相电机驱动系统，多相电机具有转矩脉动小、控制自由度高、容错能力强等优势。这些优势意味着，多相电机驱动系统更能够满足广泛的应用需求。要充分发挥先进的多相电机的优势，良好的控制方法起到至关重要的作用。
[0003]模型预测控制应用于多相电机驱动系统中，仍面临模型预测控制的预测模型对于电机参数的依赖度较高的问题，电机在长时间运行过程中电机温度变化、永磁体退磁等或者外部环境发生变化时导致电机参数失配，都会产生稳态误差，进一步恶化控制系统的稳定性和可靠性。鲁棒控制是提高模型预测控制策略鲁棒性的一种有效控制策略，但是并未考虑多相电机的应用，并且九相电机的电压矢量数量较多，九相开绕组永磁同步电机控制中矢量筛选复杂、计算量大、参数敏感性高导致电机鲁棒性差的问题，因此需要在实现多相电机高计算效率的前提下，提高多相电机的鲁棒性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法。该方法可解决九相开绕组永磁同步电机控制中矢量筛选复杂、计算量大、参数敏感性高导致电机鲁棒性差的问题，同时使用占空比优化方法，进一步提高系统控制的稳态性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术设计的技术方案如下：
[0006]一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型以及电流预测模型；
[0008]根据九相开绕组永磁同步电机模型的九相电流反馈值和扩展的坐标变换矩阵，计算获得当前k时刻旋转坐标系下的交直流电流分量，并根据上一控制周期结束时输出的电压矢量，对所述交直流电流分量进行延时补偿，得到k+1时刻的dq轴电流分量；
[0009]根据所述电流预测模型和k+1时刻的dq轴电流分量，遍历每个虚拟矢量，预测第k+2时刻的dq轴电流分量，并对k+1时刻的dq轴电流分量进行变换，得到k+1时刻的dq轴电压分量；
[0010]根据无差拍电流控制原则和k+1时刻的dq轴电压分量，得到k+1时刻的dq轴参考电压矢量分量，并根据参考电压矢量和坐标变换原理，得到dq轴参考电压矢量分量的位置角
度；
[0011]利用已知参考电压矢量位置角，从构造好的虚拟电压矢量集中筛选最优电压矢量，并根据q轴电流无差拍原理计算最优占空比；并根据最优电压矢量、最优占空比和所述电机离散模型，构造考虑参数失配存在情况下的扰动观测器，观测失配所造成的偏差；
[0012]根据所述偏差，设计构造参数修正控制器来辨识参数误差，对失配的电感和磁链进行修正，并将修正后的参数重新应用到控制系统中。
[0013]进一步的，采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型以及电流预测模型包括：
[0014]采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型的计算公式为：
[0015][0016]V＝[u
d1 u
q1 u
d3 u
q3 u
d5 u
q5 u
d7 u
q7 u0]T
[0017]L＝diag]L
d1 L
q1 L
d3 L
q3 L
d5 L
q5 L
d7 L
q7 L0][0018]I＝[i
d1 i
q1 i
d3 i
q3 i
d5 i
q5 i
d7 i
q7 i0]T
[0019]D＝[
‑
L
q1
i
q1 L
d1
i
d1
+ψ
f
0 0 0 0 0 0 0]T
[0020]式中，V是电压矩阵，R
s
是定子电阻，I是电流矩阵，L是电感矩阵，d/dt是对电流的微分，ω
e
是转子电角速度，D反电动势矩阵；u
d1
是d轴基波电压分量，u
q1
是q轴基波电压分量，u
d3
是d轴三次谐波电压分量，u
q3
是q轴三次谐波电压分量，u
d5
是d轴五次谐波电压分量，u
q5
是q轴五次谐波电压分量，u
d7
是d轴七次谐波电压分量，u
q7
是q轴七次谐波电压分量，u0是零序电压，L
d1
是基波直轴电感，L
q1
是基波交轴电感，L
d3
是三次谐波直轴电感，L
q3
是三次谐波交轴电感，L
d5
是五次谐波直轴电感，L
q5
是五次谐波交轴电感，L
d7
是三次谐波直轴电感，L
q7
是三次谐波交轴电感，L0是零序电感，i
d1
是d轴基波电流，i
q1
是q轴基波电流，i
d3
是d轴三次谐波电流，i
q3
是q轴三次谐波电流，i
d5
是d轴五次谐波电流，i
q5
是q轴五次谐波电流，i
d7
是d轴七次谐波电流，i
q7
是q轴七次谐波电流，i0是零序电流，ψ
f
为永磁体磁链；
[0021]采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电流预测模型的计算公式为：
[0022]I(k+1)＝(E
‑
L
‑1T
s
R
s
)I(k)+L
‑1V(k)T
s
[0023]‑
L
‑1D(k)T
s
ω
e
(k)
[0024]式中，I(k+1)是k+1时刻的电流，E是单位矩阵，L
‑1是电感矩阵的逆矩阵，T
s
是控制周期,R
s
是定子电阻,I(k)是k时刻电流,V(k)是k时刻电压,D(k)是k时刻反电势,ω
e
(k)是k时刻转子电角速度。
[0025]进一步的，对k+1时刻的dq轴电流分量进行变换，得到k+1时刻的dq轴电压分量的计算公式为：
[0026][0027]式中，u
d1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型以及电流预测模型；根据九相开绕组永磁同步电机模型的九相电流反馈值和扩展的坐标变换矩阵，计算获得当前k时刻旋转坐标系下的交直流电流分量，并根据上一控制周期结束时输出的电压矢量，对所述交直流电流分量进行延时补偿，得到k+1时刻的dq轴电流分量；根据所述电流预测模型和k+1时刻的dq轴电流分量，遍历每个虚拟矢量，预测第k+2时刻的dq轴电流分量，并对k+1时刻的dq轴电流分量进行变换，得到k+1时刻的dq轴电压分量；根据无差拍电流控制原则和k+1时刻的dq轴电压分量，得到k+1时刻的dq轴参考电压矢量分量，并根据参考电压矢量和坐标变换原理，得到dq轴参考电压矢量分量的位置角度；利用已知参考电压矢量位置角，从构造好的虚拟电压矢量集中筛选最优电压矢量，并根据q轴电流无差拍原理计算最优占空比；并根据最优电压矢量、最优占空比和所述电机离散模型，构造考虑参数失配存在情况下的扰动观测器，观测失配所造成的偏差；根据所述偏差，设计构造参数修正控制器来辨识参数误差，对失配的电感和磁链进行修正，并将修正后的参数重新应用到控制系统中。2.根据权利要求1所述的九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法，其特征在于，采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型以及电流预测模型包括：采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电机离散模型的计算公式为：V＝[u
d1 u
q1 u
d3 u
q3 u
d5 u
q5 u
d7 u
q7 u0]
T
L＝diag[L
d1 L
q1 L
d3 L
q3 L
d5 L
q5 L
d7 L
q7 L0]I＝[i
d1 i
q1 i
d3 i
q3 i
d5 i
q5 i
d7 i
q7 i0]
T
D＝[
‑
L
q1
i
q1 L
d1
i
d1
+ψ
f
0 0 0 0 0 0 0]
T
式中，V是电压矩阵，R
s
是定子电阻，I是电流矩阵，L是电感矩阵，d/dt是对电流的微分，ω
e
是转子电角速度，D反电动势矩阵；u
d1
是d轴基波电压分量，u
q1
是q轴基波电压分量，u
d3
是d轴三次谐波电压分量，u
q3
是q轴三次谐波电压分量，u
d5
是d轴五次谐波电压分量，u
q5
是q轴五次谐波电压分量，u
d7
是d轴七次谐波电压分量，u
q7
是q轴七次谐波电压分量，u0是零序电压，L
d1
是基波直轴电感，L
q1
是基波交轴电感，L
d3
是三次谐波直轴电感，L
q3
是三次谐波交轴电感，L
d5
是五次谐波直轴电感，L
q5
是五次谐波交轴电感，L
d7
是三次谐波直轴电感，L
q7
是三次谐波交轴电感，L0是零序电感，i
d1
是d轴基波电流，i
q1
是q轴基波电流，i
d3
是d轴三次谐波电流，i
q3
是q轴三次谐波电流，i
d5
是d轴五次谐波电流，i
q5
是q轴五次谐波电流，i
d7
是d轴七次谐波电流，i
q7
是q轴七次谐波电流，i0是零序电流，ψ
f
为永磁体磁链；采用前向欧拉近似法将九相开绕组永磁同步电机模型离散化，获得电流预测模型的计算公式为：I(k+1)＝(E
‑
L
‑1T
s
R
s
)I(k)+L
‑1V(k)T
s
‑
L
‑1D(k)T
s
ω
e
(k)
式中，I(k+1)是k+1时刻的电流，E是单位矩阵，L
‑1是电感矩阵的逆矩阵，T
s
是控制周期,R
s
是定子电阻,I(k)是k时刻电流,V(k)是k时刻电压,D(k)是k时刻反电势,ω
e
(k)是k时刻转子电角速度。3.根据权利要求2所述的九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法，其特征在于，对k+...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海峰，马小然，宋晓琳，吴新振，
申请(专利权)人：国家电网有限公司技术学院分公司，
类型：发明
国别省市：