基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法及系统，该方法构造离散扰动观测器用于提供准确的定子磁链参考幅值；其次通过分析定子磁链幅值和定子参考电压矢量的关系构建参考电压预测模型，得到成本函数的定子参考电压矢量；最后使用无差拍原理构建成本函数选择出最优电压矢量组合

【技术实现步骤摘要】
基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法及系统


[0001]本专利技术属于永磁同步电机预测控制领域，具体涉及一种基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法及系统
。

技术介绍

[0002]图1为基于
PI
速度控制器的传统模型预测控制方法的控制图，其控制流程如下：首先测量永磁同步电机的电流信号和位置信号，经过计算得到转速信号，将转速误差输入到
PI
控制器得到转矩参考值，并采用最大转矩电流比控制策略得到定子磁链参考值；以及将
k
时刻电流信号输入到全阶观测器得到
k
时刻定子磁链的测量值，根据电机电压和电流等信号，模型预测控制器对
k+1
时刻的转矩和定子磁链值进行预测
。
预测结束后，将预测结果输入到最小化成本函数中，得到最佳开关状态序列
。
[0003]除了上述传统预测控制方法，探索其他可行方法实现模型预测控制是本专利技术的目的之一
。

技术实现思路

[0004]区别于传统控制流程，本专利技术的目的是探索其他控制思路，提供其他可行方法实现模型预测控制，进而提供一种基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法及系统
。
其中，本专利技术所述方法构建参考电压预测模型预测下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压，以及构建与下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压相关的成本函数r/>J
，通过最小化成本函数来获得最佳开关状态序列，实现永磁同步电机的模型预测控制，提供了一种全新的控制思路
/
控制手段
。
[0005]为此，实现上述目的的本专利技术技术方案如下：
[0006]一方面，提供一种基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：对永磁同步电机进行实时采样，得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子电流采样值
、
定子电压采样值以及电机转速采样值；
[0008]步骤2：基于电机转速给定值和电机转速采样值计算得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值；
[0009]步骤3：将
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值和定子电压采样值输入构建的参考电压预测模型预测下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压；
[0010]步骤4：构建成本函数
J
，利用下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压，通过最小化成本函数来获得最佳开关状态序列，用于控制所述永磁同步电机
。
[0011]进一步可选地，基于所述参考电压预测模型得到下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压
(
也为预测电压
)
的公式如下：
[0012][0013]存在：
[0014]u
s
(k)
＝
[u
α
(k),u
β
(k)]T
，
i
s
(k)
＝
[i
α
(k),i
β
(k)]T
[0015]式中，表示
α
轴
、
β
轴的定子参考电压构成的矩阵，表示
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值构成的矩阵，
ψ
s
(k)
为
k
时刻的定子磁链观测值，
u
s
(k)
为定子电压采样值
u
α
(k)、u
β
(k)
构成的矩阵，
i
s
(k)
为定子电流采样值
i
α
(k)、i
β
(k)
构成的矩阵，
i
s
(k
‑
1)
以及
i
s
(k
‑
2)
分别对应为
k
‑1时刻，
k
‑2时刻定子电流采样值构成的矩阵，
R
s
为定子电阻，
T
s
为控制周期，
k
对应采样时刻或采样点，
T
为矩阵转置标记
。
[0016]模型预测控制依赖于精确的电机参数，在电机的实际运行中，其电感
、
电阻
、
磁链参数是时变的，当预测控制方程中的参数与电机实际的参数发生偏差时会恶化电流环的控制性能，出现电流跟踪误差
、
电流谐波增大
、
转矩脉动增大的现象，甚至会导致控制系统不稳定
。
因此电机实际参数严重影响预测电流控制的控制精度，本专利技术技术方案提出的参考电压预测模型，是通过简单计算移除了电感和永磁体磁链参数，只包括电阻，但通过将电阻与相邻时刻的电流差值相乘抑制了电阻失配的影响
。
与现有解决方案相比，参考电压预测模型的参数失配抑制不使用参数识别
、
扰动估计或复杂的查找表
。
[0017]进一步可选地，所述步骤2是将电机转速给定值和电机转速采样值输入构建的离散扰动观测器得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值
。
[0018]进一步可选地，利用所述离散扰动观测器计算
q
轴定子磁链参考值，公式表示为：
[0019][0020]式中，
ψ
qref
为
q
轴定子磁链参考值，
λ
常系数，存在
n
p
表示极对数，
J
是转动惯量，
L
q
为
q
轴电感，
ψ
f
为永磁体磁链，为电机转速给定值
ω
eref
对时间的导数，
k1和
k2均是大于0的常数，
s
为滑模面函数，
sign
为符号函数，
d(t)
为集总扰动，
α
＞0表示设计参数，速度跟踪误差
ω
e
为电机转速采样值
。
[0021]进一步可选地，所述离散扰动观测器设有扰动补偿模块，所述扰动补偿模块对
q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于参考电压预测模型的永磁同步电机控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对永磁同步电机进行实时采样，得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子电流采样值
、
定子电压采样值以及电机转速采样值；步骤2：基于电机转速给定值和电机转速采样值计算得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值；步骤3：将
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值和定子电压采样值输入构建的参考电压预测模型预测下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压；步骤4：构建成本函数
J
，利用下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压，通过最小化成本函数来获得最佳开关状态序列，用于控制永磁同步电机
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述参考电压预测模型得到下一时刻
α
轴
、
β
轴的定子参考电压的公式如下：存在：
u
s
(k)
＝
[u
α
(k),u
β
(k)]
T
，
i
s
(k)
＝
[i
α
(k),i
β
(k)]
T
式中，表示
α
轴
、
β
轴的定子参考电压构成的矩阵，表示
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值构成的矩阵，
ψ
s
(k)
为
k
时刻的定子磁链观测值，
u
s
(k)
为定子电压采样值
u
α
(k)、u
β
(k)
构成的矩阵，
i
s
(k)
为定子电流采样值
i
α
(k)、i
β
(k)
构成的矩阵，
i
s
(k
‑
1)
以及
i
s
(k
‑
2)
分别对应为
k
‑1时刻，
k
‑2时刻定子电流采样值构成的矩阵，
R
s
为定子电阻，
T
s
为控制周期，
k
对应采样时刻或采样点，
T
为矩阵转置标记
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2是将电机转速给定值和电机转速采样值输入构建的离散扰动观测器得到
αβ
坐标系下
α
轴
、
β
轴的定子磁链参考值
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于：利用所述离散扰动观测器计算
q
轴定子磁链参考值，公式表示为：式中，
ψ
qref
为
q

【专利技术属性】
技术研发人员：吴婷，吴轩，杨美周，滕书华，谭周文，黄守道，吕铭晟，黄晓辉，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，
类型：发明
国别省市：