一种永磁同步电机系统辨识与控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种永磁同步电机系统辨识与控制方法，包括以下步骤：获取待测电机输入

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机系统辨识与控制方法


[0001]本专利技术涉及系统辨识及过程控制领域，具体涉及一种永磁同步电机系统辨识与控制方法
。

技术介绍

[0002]永磁同步电机
(PMSM)
作为一种具有结构简单
、
体积小
、
重量轻
、
功率密度高
、
功率因数高
、
损耗小
、
噪声小及可靠性好等优点的伺服电机，与异步电机相比，永磁同步电动机不仅节能方面具有明显优势，而且还具备过载能力强以及稳定性高等优点，因此永磁同步电机逐步在各种应用场合取代异步电机，被广泛应用于高档数控机床
、
航空航天
、
船舶工业以及新能源汽车等各种领域与场合
。
主流永磁同步电机控制方法主要有直接转矩控制
(DTC)
和矢量控制
(FOC)
两种
。
其中，直接转矩控制尽管不需要发咋的坐标变换，且转矩响应迅速，但转矩脉动也较大
。
矢量控制通过定子电流在相互正交坐标轴上分解出励磁和转矩分量，进而对定子电流励磁及转矩分量实现解耦控制，以获得与直流电机调速系统类似的控制品质
。
然而，永磁同步电机系统参数具有不确定性，即系统运行过程中的实际参数通常是未知的，随着环境温度变化，定子电阻
、
永磁体磁链均会变化
。
此外，电感，粘纸摩擦系数也会发生改变，进而影响控制性能/>。
借助电机运行输入输出数据，利用系统辨识方法，可对永磁同步电机数学模型进行辨识
。
但现有永磁同步电机系统辨识及控制策略存在以下缺点：
[0003](1)
在线辨识算法计算压力大
。
现有永磁同步电机参数辨识算法基本建立在坐标变换基础上，通过多项式变换技术，构建电流与电压
、
转速的动态线性化参数辨识方程，有较大的计算压力
。
具体表现为利用多项式变换技术虽然将非线性电机模型线性化，但伴随着信息向量维度显著增加，在使用最小二乘算法进行在线参数辨识时计算压力增加，使该方法在电机转速快速响应方面存在一定的局限性
。
[0004](2)
电机转速控制策略的局限性
。
现有永磁同步电机为达到转速快速
、
稳定调节多采用模型预测控制策略
。
而该策略大多基于电流环
、
转速环的双闭环控制方式，对模型精确程度要求较高
。
具体表现在电机转速调节过程先通过转速误差计算出参考电流，之后再利用电流误差优化下一时刻的控制电压，在控制量优化过程中，若任一闭环环节存在偏差，都会降低最终的控制性能
。
[0005](3)
模型复杂度高
。
现有基于参数在线辨识的永磁同步电机预测控制需将辨识参数转化为电机状态空间模型后，再利用该状态空间模型优化控制器输出，导致在线模型复杂度较高
。
具体表现为在线过程每辨识出一次电机参数就需要更新相应的状态空间模型，随后，控制器相关优化权重参数也需要及时更新，从而导致电机在线辨识与控制模型复杂度增高
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种永磁同步电机系统辨识与控制方法，通
过对输入的哈达玛运算扩展非线性信息，利用闭环子空间辨识方法识别状态空间模型系统矩阵，从而简化最小二次法参数模型，此外，采用基于辨识结果的模型预测控制将传统双闭环模型预测控制方法合并为单闭环，从而降低双闭环控制方法中任一闭环控制偏差所带来的对整体系统控制效率的影响
。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种永磁同步电机系统辨识与控制方法，包括以下步骤：获取待测电机输入
、
输出数据；对所述输入
、
输出数据进行预处理获取辨识数据；通过所述辨识数据得到状态空间模型系统阶数；根据所述状态空间模型系统阶数辨识状态空间模型系统矩阵；根据所述状态空间模型系统矩阵优化电机控制器输出；对所述系统矩阵和控制器输出进行更新和维护
。
[0009]优选的，所述获取待测电机输入
、
输出数据，包括以
τ
为时间间隔，将电机
u
轴
、q
轴电压作为输入，电机转速作为输出
。
[0010]优选的，所述对所述输入
、
输出数据进行预处理，包括采用哈达玛运算对输入数据进行非线性扩充得到所述辨识数据
。
[0011]优选的，所述通过辨识数据得到状态空间模型系统阶数，包括构造输入
、
输出辨识数据
Hankel
矩阵，根据所述
Hankel
矩阵计算列空间阵，对所述列空间阵进行
SVD
分解，根据所述
SVD
分解奇异值显著性差异获得状态空间模型系统阶数
。
[0012]优选的，所述根据状态空间模型系统阶数辨识状态空间模型系统矩阵，包括构造包含“过去”、“未来”信息的
Hankel
矩阵，并对其进行
QR
分解，根据
QR
分解各下三角块分别获得列空间阵
、
扩展能观矩阵
、
扩展状态空间模型系统矩阵，根据所述列空间阵
、
扩展能观矩阵
、
扩展状态空间模型系统矩阵计算待辨识状态空间模型系统矩阵
。
[0013]优选的，所述根据状态空间模型系统矩阵优化电机控制器输出，包括构建增量式状态空间模型增广矩阵，并获得基于优化窗口长度和控制窗口长度的增广矩阵排列式，根据所述增广矩阵排列式确定带加权项的优化目标函数，根据所述优化目标函数，计算偏导等于0时的控制器输出增量，并结合约束条件确定永磁同步电机的优化控制量
。
[0014]优选的，所述对系统矩阵和控制器输出进行更新和维护，包括对系统参数和控制规律进行更新和维护可在闭环状态下收集进的输入
、
输出数据
。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]1)、
本专利技术通过将辨识系统输入数据进行哈达玛运算，扩展了输入的非线性信息，并通过状态空间模型降低了最小二乘模型的信息向量维度，可降低辨识过程中逆运算的模型复杂度
。
[0017]2)、
本专利技术通过将永磁同步电机系统状态空间模型用于控制器的优化，从而将传统的双闭环模型预测控制方法转化为单闭环控制方法，从而降低双闭环控制中任一闭环下的偏差所带来的整个系统控制效率的影响
。
[0018]3)、
本专利技术通过闭环子空间辨识方法对系统矩阵进行辨识，该方法在开环
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种永磁同步电机系统辨识与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101.
获取待辨识永磁同步电机的输入
、
输出数据；
S102.
对输入输出数据进行预处理，得到辨识算法所需数据；
S103.
根据步骤
S102
中得到的辨识数据确定未知状态空间模型系统阶数；
S104.
辨识未知状态空间模型系统矩阵；
S105.
根据辨识出的状态空间预测模型优化控制器输出；
S106.
在需要时，对系统矩阵重新辨识，并重新优化控制器输出，以对系统参数和控制规律进行更新和维护
。2.
根据权利要求1所述的永磁同步电机系统辨识与控制方法，其特征在于，所述
S101
中的输入
、
输出数据的获取，以
τ
为时间间隔，将电机
u
轴
、q
轴电压作为输入，电机转速作为输出
。3.
根据权利要求1所述的永磁同步电机系统辨识与控制方法，其特征在于，所述
S102
中预处理输入
、
输出数据得到辨识数据，采用哈达玛运算对输入数据进行非线性扩充得到辨识数据
。4.
根据权利要求1所述的永磁同步电机系统辨识与控制方法，其特征在于，所述
S103
具体包括以下步骤：
S1031.
构造输入
、
输出辨识数据
Hankel
矩阵；
S1032.
根据
S1031
的
Hankel
矩阵计算列空间阵；
S1033.
对
S1032
中的列空间阵进行<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，沈健波，刘冉冉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：