【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁电机控制，具体是涉及一种自动背烧设备中的永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法及系统。
技术介绍
1、永磁电机驱动系统应用广泛，被广泛应用于各类设备中，例如为了替代船舶人工背烧作业，实现高效率的自动背烧设备研制，通常使用永磁电机作为驱动电机使用，但在自动背烧设备驱动系统中，环境温度和湿度通常较高，工作环境较为恶劣。而驱动系统中的电解电容寿命易受环境影响，在高温潮湿环境下可靠性降低。所以当永磁电机驱动系统长时间处于钢板自动背烧作业时，容易引发驱动系统故障。且据有关统计，电机驱动系统中大约60％的电路故障是由于电解电容故障引发的。电解电容作为驱动系统的直流环节的薄弱环节，对驱动系统的可靠性具有重要影响，为了提升驱动系统的可靠性，降低故障率，薄膜电容驱动系统逐渐受到了变频驱动领域的关注。
2、薄膜电容驱动系统通常使用低容值薄膜电容取代大容值电解电容，用来提高系统的集成度和降低设备的故障率。但由于薄膜电容的容值通常较低，降低了系统的阻尼，导致直流环节电压会出现振荡，因此需要对振荡电压进行抑制，目前主要的抑制方案是通过阻尼补偿被动的抑制直流环节电压振荡和电流谐波，但过度提升系统阻尼将导致系统响应变慢，主动阻尼的方式也对振荡的抑制效果较差。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提供一种不影响系统响应的、振荡抑制效果好的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法及系统。
2、技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种背烧永磁电机薄膜电容
3、(1)采集永磁电机薄膜电容驱动系统的系统参数；
4、(2)构建预测模型，包括直流环节电压预测方程和永磁电机电流预测方程；所述永磁电机电流预测方程通过建立永磁电机电流超局域模型，并基于扩张状态观测器得到；
5、(3)基于采集的系统参数通过预测模型预测得到永磁电机d轴电流预测值、永磁电机q轴电流预测值、驱动系统直流环节电压预测值；
6、(4)根据永磁电机d轴电流预测值、永磁电机q轴电流预测值、驱动系统直流环节电压预测值计算各开关状态下的代价函数，确定开关状态，输出并控制逆变器开关管的导通和关断。
7、进一步的，所述步骤(2)中永磁电机电流超局域模型为：
8、
9、
10、其中，is＝[id,iq]t，id和iq为永磁电机旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；vs＝[vd,vq]t，vd和vq为永磁电机旋转坐标系下的d轴电压和q轴电压；ψ为永磁体磁链，ωe为永磁电机的电角速度，ls为永磁电机的电感，rs为永磁电机的定子电阻，rs为电机的定子电阻，△为变量的偏差；if为电流集总扰动矩阵，y为状态方程输出矩阵；b为输入变量的增益，fd、fq为q轴电流和q轴电流的未建模扰动。
11、进一步的，永磁电机电流超局域模型中的if采用扩张状态观测器进行观测，扩张状态观测器的数学模型为：
12、
13、其中，e为观测误差矩阵，e＝[ed,eq]t，ed，eq为d轴和q轴电流的观测误差，为*变量的观测值。β1、β2为与观测器观测性能相关的配置参数。
14、进一步的，所述永磁电机电流预测方程为：
15、
16、其中，k为当前控制步长，ts为采样时间，为备选预测控制电压矩阵。
17、进一步的，所述直流环节电压预测方程为：
18、
19、其中，k为当前控制步长，ts为采样时间，vdc(k)为当前采样电压，c为驱动系统lc滤波器的电容值，il(k)为lc滤波器的当前采样时刻的电感电流，idc(k+2)为直流环节电流预测值。
20、进一步的，通过lc滤波器的全阶状态观测器，观测lc滤波器的电感电流。
21、进一步的，所述永磁电机薄膜电容驱动系统直流环节电流的计算公式为：
22、
23、其中，为采用扩张状态观测器进行观测后的永磁电机旋转坐标系下的d轴电流的预测值，为采用扩张状态观测器进行观测后的永磁电机旋转坐标系下的q轴电流的预测值。为用以控制电机的d轴参考电压和q轴参考电压。
24、进一步的，所述代价函数为：
25、
26、其中，αd、αq和α″v为d轴电流约束、q轴电流约束以及直流环节电压约束的权重系数；id(k+2)为永磁电机d轴电流预测值，iq(k+2)为永磁电机q轴电流预测值,vdc(k+2)为驱动系统的直流环节电压预测值；和为d轴电流约束、q轴电流约束以及直流环节电压约束的参考值。
27、进一步的，权重系数αd、αq和α″v的计算公式为
28、
29、
30、其中，isn为永磁电机电流额定值，vdcn为直流环节电压额定值；vdc(k)为当前采样电压，为当前直流环节电压的参考值，τ为设定的常数。
31、本专利技术还采用一种永磁电机驱动系统直流环节电压预测控制系统，包括：
32、采集模块，用于采集永磁电机薄膜电容驱动系统的系统参数；
33、模型构建模块，用于构建预测模型，包括直流环节电压预测方程和永磁电机电流预测方程；所述永磁电机电流预测方程通过建立永磁电机电流超局域模型，并基于扩张状态观测器得到；
34、预测模块，用于基于采集的系统参数通过预测模型预测得到永磁电机d轴电流预测值、永磁电机q轴电流预测值、驱动系统直流环节电压预测值；
35、控制模块，用于根据永磁电机d轴电流预测值、永磁电机q轴电流预测值、驱动系统直流环节电压预测值计算各开关状态下的代价函数，确定开关状态，输出并控制逆变器开关管的导通和关断。
36、有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是通过选择最有利于电机系统控制的电压矢量，而不是在电机的控制变量上叠加阻尼信号，在不影响系统响应的同时更有效的控制了直流环节电压；利用扩张状态观测器重构了永磁电机的电流方程，提高了预测环节的鲁棒性；设计了lc滤波器的全阶状态观测器，观测lc滤波器的电感电流，降低了控制方法的硬件成本；设计基于指数函数的动态权重系数设计方法，加快了动态过程中直流环节电压的收敛性能，兼顾了直流环节电压与电机电流的约束性能；实验结果表明，直流环节电压预测控制下的永磁电机薄膜电容驱动控制系统具有较好的直流环节电压振荡抑制性能。
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1.一种背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中永磁电机电流超局域模型为：
3.根据权利要求2所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，永磁电机电流超局域模型中的If采用扩张状态观测器进行观测，扩张状态观测器的数学模型为：
4.根据权利要求3所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述永磁电机电流预测方程为：
5.根据权利要求1所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述直流环节电压预测方程为：
6.根据权利要求5所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，通过LC滤波器的全阶状态观测器，观测LC滤波器的电感电流。
7.根据权利要求5所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述永磁电机薄膜电容驱动系统直流环节电流的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测
9.根据权利要求8所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，权重系数αd、αq和αv″的计算公式为
10.一种永磁电机驱动系统直流环节电压预测控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中永磁电机电流超局域模型为：
3.根据权利要求2所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，永磁电机电流超局域模型中的if采用扩张状态观测器进行观测，扩张状态观测器的数学模型为：
4.根据权利要求3所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述永磁电机电流预测方程为：
5.根据权利要求1所述的背烧永磁电机薄膜电容驱动系统预测控制方法，其特征在于，所述直流环节电压预测方程...
【专利技术属性】
技术研发人员：张珍睿，许静，王秋平，吴百公，张庆亚，王兴宇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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