【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制，具体涉及一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法。
技术介绍
1、永磁同步电机具有结构简单、维护成本低、功率密度大、转动惯量小等优势，被广泛用于数控机床、电动汽车、工业机器人等诸多领域。为实现永磁同步电机快速和高精度控制，关键是对电机转矩电流的控制。而永磁同步电机电流数字控制系统的流程：先检测电机输出的实际电流、转子位置和电机转速，算法计算电压输出脉宽调制pwm逆变器所需要的占空比；然后在下一个pwm周期加载到逆变器上；最后该电压实际作用于电机。这个控制过程导致了永磁同步电机电机转矩电流控制存在两个pwm周期的时延。且永磁同步电机运行过程中电机实际参数会随着温度或者磁饱和等情况发生变化，进而影响系统的稳定性。因此，要使永磁同步电机的转矩电流矢量在稳态和暂态过程中能够跟踪期望转矩电流矢量，需要具有较强鲁棒性的电流控制策略。目前的永磁同步电机电流控制方法主要有以下几种：(1)没有考虑延时因素影响，这类方法会造成动态性能及稳态稳定性下降；(2)利用自适应控制方法设计控制器，该类方法可以一定层度改善参数不确定性的影响，但在电流跟踪误差收敛速度及外部扰动的抑止方面性能有限；(3)利用滑模变结构控制方法设计滑模控制器，这类方法可以使得系统状态在滑模面上对参数摄动和外干扰时具有不变性，且具有无需系统在线辨识参数、物理实现简单等优点，但在实际应用中存在抖振问题；(4)主动电阻(阻抗)控制，通过加入虚拟阻抗，提高了电流环的抗扰动能力，降低了参数误差的敏感性，但系统在不同的电机参数下，无法保证稳定的电流控制品质。p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，该方法可以提高永磁同步电机电流跟踪控制性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，设计控制转矩电流的电压uq(k)结构如下：
3、
4、其中，uq(k)为当前控制周期计算出的自适应无差拍转矩电流预测控制电压；ωe(k)为转子电角速度；iq(k)为k时刻采样获得的转矩电流，uq(k-1)为k-1时刻计算电压；g0、g1、g2、g3为基于仿射投影算法apa对转矩电流环模型参数进行自适应补偿得到的自适应补偿系数；为当前控制周期计算出的标称系统无差拍转矩电流预测控制电压。
5、进一步地，当前控制周期计算出的标称系统无差拍转矩电流预测控制电压的表达式如下：
6、
7、其中，αm＝1-rsmts/lqm，βm＝ts/lqm，γm＝ψfmts/lqm，rsm、lqm、ψfm分别为电机的标称电阻、标称电感、标称磁链，ts为控制器采样周期。
8、进一步地，基于仿射投影算法apa对转矩电流环模型参数进行自适应补偿，以得到自适应补偿系数g0、g1、g2、g3，其实现方法为：
9、设apa算法的输入变量：x(k-1)＝[iq(k-1) uq(k-2) -ωe(k-1)]t，其中iq(k-1)为k-1采样时刻的转矩电流果，uq(k-2)为前两个采样时刻的交轴输出电压，ωe(k-1)为前一采样时刻的转子电角速度；
10、设参数向量其中为转矩电流环模型参数的估计值，所述转矩电流环模型参数的估计值通过以下公式迭代计算得到：
11、
12、式中，为模型预测先验误差，i为秩为3的单位矩阵，μ为收敛因子，ζ为调整参数；
13、然后根据转矩电流环模型参数的估计值计算转矩电流的电压表达式中的自适应补偿系数：
14、
15、为了保证控制电压能够在硬件系统上实现，对计算得到的控制电压进行限幅处理：
16、uq(k)＝min(uq(k),umax)
17、其中，umax为输出电压预设值，由硬件环节决定。
18、进一步地，该方法设计的控制器分为无差拍电流预测控制部分和自适应补偿控制部分，即控制器输出转化为：
19、
20、控制器在每个控制周期按如下步骤进行：
21、s1：由上一级控制器获得给定转矩电流信息从永磁同步电机伺服系统中的传感器获取并计算得到当前的转矩电流iq(k)及转子电角速度ωe(k)；
22、s2：根据步骤s1获得的数据及记录的历史输出电压，计算标称系统的无差拍交轴电流预测控制电压：
23、
24、其中，αm＝1-rsmts/lqm，βm＝ts/lqm，γm＝ψfmts/lqm，rsm、lqm、ψfm分别为电机的标称电阻、标称电感、标称磁链，ts为控制器采样周期；直轴采用id＝0控制策略；
25、s3：根据步骤s1获得的数据及记录的历史数据，进行apa参数辨识计算：
26、
27、其中，表示当前时刻对模型参数的估计结果向量，为对估计结果的更新向量，x(k-1)＝[iq(k-1) uq(k-2) -ωe(k-1)]t为历史状态向量，iq(k-1)为前一采样时刻的交轴电流采样结果，uq(k-2)为前两个采样时刻的交轴输出电压，ωe(k-1)为前一采样时刻的转子电角速度，为模型预测先验误差，i为秩为3的单位矩阵，μ为收敛因子，ζ为调整参数；
28、s4：当模型预测先验误差e(k)收敛到预设范围后，按以下公式计算补偿控制电压：
29、
30、其中，为自适应补偿系数，通过标称参数及估计结果计算得到；
31、对输出电压进行限幅处理：
32、uq(k)＝min(uq(k),umax)
33、其中，umax为输出电压预设值，由硬件环节决定；
34、完成一个控制周期，并更新电流、电压及转速信息，进入下一个控制周期，重复s1-s4步骤。
35、进一步地，步骤s4中，如果模型预测先验误差e(k)未收敛到预设范围，则直接将输出，即
36、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对永磁同步电机电流环受到控制延时及参数失配影响的问题，将无差拍预测电流控制与自适应控制有机结合，提出一种新型的带延时补偿的永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，该方法一方面在控制器中引入无差拍电流控制改善延时对电流跟踪效果的影响，提高永磁同步电机转矩电流跟踪的快速性，另一方面，通过在线自适应补偿提高永磁同步电机转矩电流跟踪控制的鲁棒性及控制精度，使得永磁同步电机具有较好的转矩电流跟踪动态与静态品质，提高了永磁同步电机电流跟踪控制品质，且控制方案简单、实用。因此，本专利技术具有很强的实用性和广阔的应用前景。
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1.一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，设计控制转矩电流的电压uq(k)结构如下：
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，当前控制周期计算出的标称系统无差拍转矩电流预测控制电压的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，基于仿射投影算法APA对转矩电流环模型参数进行自适应补偿，以得到自适应补偿系数G0、G1、G2、G3，其实现方法为：
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，该方法设计的控制器分为无差拍电流预测控制部分和自适应补偿控制部分，即控制器输出转化为：
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，步骤S4中，如果模型预测先验误差e(k)未收敛到预设范围，则直接将输出，即
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，设计控制转矩电流的电压uq(k)结构如下：
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，当前控制周期计算出的标称系统无差拍转矩电流预测控制电压的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机自适应无差拍转矩电流预测控制方法，其特征在于，基于仿射投影算法apa对转矩电流环模型参数进行自适...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋学程，曾志伟，何栋炜，陈金恩，贾俊荣，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：
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