永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法技术

本发明专利技术一种永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法，属于永磁同步电机控制技术领域

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法
。

技术介绍

[0002]永磁同步电机因其高效率
、
高功率密度和高起动转矩等特点被广泛应用于新能源汽车和工业伺服系统等高性能驱动场合
。
有限集模型预测控制
(Finite Control Set
‑
Model Predictive Control
，
FCS
‑
MPC)
具有概念简单
、
适用范围广
、
易于考虑系统非线性约束
、
无需设计控制器等优点，成为了近年来的研究热点之一
。
有限集模型预测磁链控制
(FCS
‑
model predictive flux control
，
FCS
‑
MPFC)
在有限集模型预测转矩控制
(FCS
‑
model predictive torque control
，
FCS
‑
MPTC)
的基础上发展而来，其将转矩和磁链幅值的控制等效为
dq
坐标轴下定子磁链矢量的控制，消除了
FCS
‑
MPTC
成本函数中的权重系数
。
但传统
FCS
‑
MPFC
由于磁链的计算对参数依赖较强，影响了实际控制效果
。
因此，提高
FCS
‑
MPFC
的参数鲁棒性逐渐的成为学界的研究热点
。
[0003]就参数鲁棒性而言在传统
FCS
‑
MPFC
主要涉及磁链指令计算
、
磁链观测以及磁链预测等环节，若能够对参数进行在线辨识，则能够获得各环节运算精度，从而提升系统的参数鲁棒性
。
[0004]目前常用的参数辨识方法有递推最小二乘法
、
模型参考自适应法
(modelreference adaptive
，
MRAS)、
扩展卡尔曼滤波算法以及人工智能算法等
。
但上述方法在进行多参数辨识时都会遇到辨识方程欠秩的问题，导致辨识结果不唯一，陷入局部最优解
。
[0005]参考文献
1“改进蚁狮优化算法的永磁同步电机多参数辨识”[
电力系统及其自动化学报
2023,35(06)
：
66
‑
72]提出一种基于自适应正态云模型的蚁狮优化算法对永磁同步电机进行参数辨识，可以解决欠秩问题，并且精度较高
。
但该算法需要较多的迭代次数，导致收敛速度较慢，此外不同参数辨识的精度受到适应度函数与之对应的权重系数的影响，因此不同参数的辨识精度会相互制约，同时权重系数的整定较困难
。
[0006]参考文献
2“A Robust DPCC for IPMSM Based on a Full ParameterIdentification Method”[IEEE Transactions on Industrial Electronics 2023,70(8)
：
7695
‑
7705](“一种基于全参数辨识方法的
IPMSM
鲁棒
DPCC
控制”，电气和电子工程师协会工业电子学报
2023
年第
70
卷第8期
7695
‑
7705
页
)
将无差拍预测电流控制方法与高频电流注入方法相结合，可以在线观察永磁同步电机的电感
、
永磁磁链和电阻值
。
但注入的扰动信号会使电机转矩出现脉动
。
另外扰动信号的注入需要调制环节，因此这类方法不适用于
FCS
‑
MPFC。
[0007]此外，逆变器死区时间使得通过开关状态计算得到的定子电压值与实际值出现偏差，进而影响参数辨识精准度与
FCS
‑
MPFC
控制效果，降低控制系统鲁棒性
。
[0008]参考文献
3“基于增强型扰动观测器的五相永磁同步电机鲁棒电流控制策略”[
电
工技术学报
2020,35(06)
：
1219
‑
1230]将死区电压作为扰动项，通过电机数学模型建立增强型扰动观测器对包含死区电压在内的总扰动进行补偿
。
但此方法的补偿效果依赖参数的准确性，不适用与参数辨识，且另一方面补偿量的反馈需要调制环节，因此这类方法不适用于
FCS
‑
MPFC。
[0009]综上所述，现有技术存在以下问题：
[0010]1.
在
FCS
‑
MPFC
中无调制环节，而现有的提高系统鲁棒性的方法均需要控制系统中存在调制环节，并不适应于
FCS
‑
MPFC。
[0011]2.
目前缺少一种适用于
FCS
‑
MPFC
的无需注入扰动电流便可构建出满秩辨识方程实现多参数在线辨识的方法和系统
。
[0012]3.
目前还没有提出一种同时适用于多参数在线辨识和
FCS
‑
MPFC
的死区补偿方法
。

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题在于实现适用于
FCS
‑
MPFC
的多参数辨识方法，解决多参数辨识中存在的辨识方程欠秩问题，同时消除逆变器死区电压对多参数辨识和
FCS
‑
MPFC
的影响，从而实现强鲁棒性的
FCS
‑
MPFC。
[0014]本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法，包括下述步骤：
[0015]步骤1，设置控制周期时长为
T
s
，记当前控制周期为
k
；在当前控制周期
k
的开始时刻采集得到永磁同步电机的转子电角速度和转子电角度在当前控制周期
k
开始后的第
τ
时刻
、
第
(T
s
‑
τ
)
时刻分别进行两次定子电流采样，并将采样值分别记为当前控制周期一次定子电流采样值
i
a1
，
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1，设置控制周期时长为
T
s
，记当前控制周期为
k
；在当前控制周期
k
的开始时刻采集得到永磁同步电机的转子电角速度和转子电角度在当前控制周期
k
开始后的第
τ
时刻
、
第
(T
s
‑
τ
)
时刻分别进行两次定子电流采样，并将采样值分别记为当前控制周期一次定子电流采样值
i
a1
，
i
b1
，
i
c1
和当前控制周期二次定子电流采样值
i
a2
，
i
b2
，
i
c2
，再经过静止坐标系到旋转
dq
坐标系的变换得到当前控制周期一次定子电流采样值
dq
轴分量和当前控制周期二次定子电流采样值
dq
轴分量步骤2，记逆变器三相开关状态为开关状态
S
a
，
S
b
，
S
c
，将当前控制周期
k
的逆变器三相开关状态记为当前控制周期开关状态关状态记为当前控制周期开关状态将逆变器直流侧的电压记为电压
U
dc
，根据当前控制周期开关状态和电压
U
dc
计算得到当前控制周期永磁同步电机定子电压周期平均值
dq
轴分量所述逆变器的交流侧与永磁同步电机定子相接；步骤3，构建广义比例积分观测器模型，计算得到当前控制周期定子电流观测值
dq
轴分量和当前控制周期定子电流扰动观测值
dq
轴分量步骤4，给定
q
轴电感辨识与永磁磁链辨识的边界条件，得到
q
轴电感辨识的滤波系数
h
Lq
和永磁磁链辨识的滤波系数
h
ψ
f
；给定
d
轴电感辨识的边界条件，得到
d
轴电感辨识的滤波系数
h
Ld
；步骤5，根据当前控制周期定子电流扰动观测值
d
轴分量和
q
轴电感辨识的滤波系数
h
Lq
，利用第一辨识方程对
q
轴电感进行辨识，得到当前控制周期电感偏差辨识值
q
轴分量和当前控制周期电感辨识值
q
轴分量根据当前控制周期电感辨识值
q
轴分量和
d
轴电感辨识的滤波系数
h
Ld
，利用
d
轴电流差分方程对
d
轴电感进行辨识，得到当前控制周期电感辨识值
d
轴分量根据当前控制周期定子电流扰动观测值
q
轴分量和永磁磁链辨识的滤波系数
h
ψ
f
，利用第二辨识方程对永磁磁链进行辨识，得到当前控制周期永磁磁链偏差辨识值和当前控制周期永磁磁链辨识值步骤6，根据当前控制周期电感辨识值
dq
轴分量和当前控制周期永磁磁链辨识值计算得到当前控制周期磁链参考值
dq
轴分量和当前控制周期磁链观测值
dq
轴分量步骤7，根据当前控制周期电感辨识值
dq
轴分量和当前控制周期磁链观测值
dq
轴分量计算得到下一个控制周期磁链预测值
dq
轴分量和当前控制周期磁链预测扰动观测值
dq
轴分量步骤8，根据逆变器三相开关状态
S
a
，
S
b
，
S
c
，得到7个电压矢量，并记为电压矢量
u
j
，
j
为电压矢量的序号，
j
＝0，1，
...6
；计算得到在电压矢量
u
j
作用下的第
k+2
控制周期磁链预测值
dq
轴分量，并记为目标磁链
预测值
dq
轴分量步骤9，将目标磁链预测值
dq
轴分量带入价值函数，计算得到电压矢量
u
j
对应的价值函数值
g
j
，所述价值函数的表达式如下：在计算得到的7个价值函数值中，选择值最小的价值函数值记为最小价值函数值，并选择该最小价值函数值对应的电压矢量作为下一个控制周期的逆变器输出电压矢量，控制逆变器开关管的开关状态
。2.
根据权利要求1所述的永磁同步电机鲁棒性有限集模型预测磁链控制方法，其特征在于，步骤2所述逆变器三相开关状态
S
a
，
S
b
，
S
c
的具体动作如下：
S
a
＝1表示逆变器
A
相桥臂开关管
S
a1
导通，开关管
S
a2
关断；
S
a
＝0表示逆变器
A
相桥臂开关管
S
a1
关断，开关管
S
a2
导通；
S
b
＝1表示逆变器
B
相桥臂开关管
S
b1
导通，开关管
S
b2
关断；
S
b
＝0表示逆变器
B
相桥臂开关管
S
b1
关断，开关管
S
b2
导通；
S
c
＝1表示逆变器
C
相桥臂开关管
S
c1
导通，开关管
S
c2
关断；
S
c
＝0表示逆变器
C
相桥臂开关管
S
c1
关断，开关管
S
c2
导通；步骤2所述当前控制周期永...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑英，王祥松，谢震，张兴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：