【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机系统的控制，尤其涉及一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法。
技术介绍
1、永磁同步电机具有高转矩惯量比、高效率等优势，在高端数控机床、航天航空、极大规模集成电路制造等领域得到广泛应用，因此如何改善永磁同步电机驱动系统的动态性能和运动控制精度具有十分重要的意义。模型预测控制(model predictive control，mpc)具有建模直观、控制结构简单、动态响应快等优点，越来越多地应用于永磁同步电机的控制中。模型预测控制是一类特殊的控制，它的当前控制动作是在每一个采样瞬间通过求解一个有限时域开环最优控制问题而获得。过程的当前状态作为最优控制问题的初始状态，解得的最优控制序列只实施第一个控制作用，本质上模型预测控制求解一个开环最优控制问题。模型预测控制主要分为有限控制集模型预测控制(finite control set-modelpredictive control，fcs-mpc)和连续控制集模型预测控制(continuous control set-model predictive control，ccs-mpc)两种。其中，有限控制集模型预测控制fcs-mpc是直接发送对应于最优电压矢量的开关状态信号以触发逆变器的开关管，最大的特点是无需pwm电路(即脉冲宽度变调电路，除了可以监控功率电路的输出状态之外，同时还提供功率元件控制信号)。
2、而连续控制集模型预测控制ccs-mpc更容易实现较长范围的预测控制，能够根据pwm原理和逆变器拓扑生成开关状态，具有更好的稳
3、因此，需要开发设计永磁同步电机系统的控制方法，解决实际中控制量受约束的预测控制问题，且克服非线性优化的数值解法计算量大、收敛速度慢等缺点，改善永磁同步电机驱动系统的动态性能和运动控制精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，解决实际中控制量受约束的预测控制问题，且克服非线性优化的数值解法计算量大、收敛速度慢等缺点，改善永磁同步电机驱动系统的动态性能和运动控制精度。
2、本专利技术采取的技术方案是：一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法包括以下步骤，
3、步骤s1，通过无约束连续控制集模型预测控制计算无约束情况下的最优解δudm和δuqm；
4、步骤s2，受实际永磁同步电机系统额定输出电流和电机本身电压电流最大值的限制，得到永磁同步电机系统应该满足的两个约束条件即电流约束和电压约束，将电流约束和电压约束表示为δud和δuq平面下的两个圆，判断两圆的位置，确定不同位置关系时的约束可行域；
5、步骤s3，判断无约束情况下最优解表示的同心椭圆的圆心是否在约束可行域内，如果在约束可行域内则直接输出，如果不在约束可行域内则计算椭圆与约束可行域的相切点，令得到δudm的表达式，再代入约束可行域曲线方程求解相切点；
6、步骤s4，结合求解出的相切点，输出有约束条件下的最优解δudo和δuqo；
7、步骤s5，将有约束条件下的最优解分别与d轴和q轴电压相加，得到d轴和q轴坐标下的参考电压udref和uqref。
8、优选地，所述步骤s1中，无约束情况下的最优解δudm和δuqm为，
9、δu＝[gtqag+qu]-1gtqa[r-fδx(k)]
10、式中，
11、
12、r＝[rr(k+1)t rr(k+2)t … rr(k+np)t]t，
13、rr＝[δid* δωe*]t，
14、
15、
16、
17、qa为跟踪误差矩阵，qu为控制系数矩阵，nc为控制域，np为预测域，且nc≤np，kid、kω、ku分别为d轴电流、速度、控制量的权重系数，rs、ls分别为定子电阻、电感，为永磁体磁链，p为极对数，j为转动惯量，b为粘性摩擦系数，ts为采样周期，id、iq为定子电流的d轴、q轴分量，ωe为电角速度，且ωe＝pω，ω为机械角速度，i*d、ω*e分别为d轴电流和电角速度的给定值。
18、优选地，所述步骤s2中，电流约束和电压约束为，
19、
20、
21、d0＝ωe(k+1)lsiq(k+1)-ωe(k)lsiq(k)；
22、
23、
24、式中，imax为电流最大值，udc为直流侧电压。
25、优选地，所述步骤s2中，根据两圆的位置不同，确定不同位置关系下的约束可行域，其确定方法如下，
26、首先根据两圆的位置不同分为相离、包含、相交、相切四种情况，其中相离是指两个极限圆没有公共部分，包含是指一个极限圆在另一个极限圆的里边，相交是指两个极限圆有相互交叉的部分，相切是指两个极限圆相切，有一个公共的交点，可以看做是相交的一种特殊情况；区分四种情况的方法为比较两圆心的距离r与电流极限圆半径r1和电压极限圆半径r2之间的关系，相离：r＞r1+r2，包含：r<|r1-r2|，相交和相切：|r1-r2|≤r≤r1+r2，
27、其中两圆心距离r为：
28、
29、
30、
31、a2＝-ud(k)+d0，b2＝-uq(k)+q0；
32、电流约束和电压约束的关系中只有包含和相交是有解的，针对这两种情况进行分析并找到约束可行域，分为以下两种情况：
33、1)针对包含的情况：选取较小圆的轮廓参与之后的计算，即约束可行域为r1和r2中较小者；
34、2)针对相交的情况：求取相交的公共部分两分段圆弧轨迹方程，即约束可行域为
35、
36、其中d2＝2(ud(k)-d0)，e2＝2(uq(k)-q0)，
37、优选地，所述步骤s5中，d轴和q轴坐标下的参考电压udref和uqref为，
38、udref(k)＝δudo(k)-d0+ud(k-1)
39、uqref(k)＝δuqo(k)-q0+uq(k-1)
40、式中，ud(k-1)、uq(k-1)分别为k-1时刻的d轴和q轴电压。
41、本专利技术的优点和积极效果如下：
42、1、本专利技术提出一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，解决了实际中控制量受约束的预测速度控制问题。
43、2、本专利技术将价值函数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤S1中，无约束情况下的最优解Δudm和Δuqm为，
3.如权利要求2所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤S2中，电流约束和电压约束为，
4.如权利要求3所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤S2中，根据两圆的位置不同，确定不同位置关系下的约束可行域，其确定方法如下，
5.如权利要求4所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤S5中，d轴和q轴坐标下的参考电压udref和uqref为，
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤s1中，无约束情况下的最优解δudm和δuqm为，
3.如权利要求2所述的永磁同步电机系统基于几何分析求解约束的预测速度控制方法，其特征是：所述步骤s2中，电流约...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秀云，陈健宇，耿丽清，杨耿煌，王志强，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。