【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机领域，具体涉及一种基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法。
技术介绍
1、对于提高表贴式三相永磁同步电机转速控制性能，现有的解决方法通常采用一系列无级联模型预测直接转速控制方法，根据转速参考和传感器测量(如电机相电流和速度)直接产生电压控制信号，以消除传统的级联双闭环速度控制结构，具有速度控制响应快和系统带宽高的特点。此类方法采用连续控制集mpc(ccs-mpc)的方法，构建考虑电流和电压约束优化问题，来进一步求解计算量。然而，由于考虑求解优化问题的巨大计算负担，现有方法只能实施较短的预测和控制时域，而较短的预测时域对于描述较慢的速度环动态是远远不够的，从而限制了mpc对于速度控制性能的改善。反之，如果采用理想的长预测时域进行控制，现有处理器的性能无法满足算法在线求解优化问题所需的计算量，导致该算法无法在实际中得到应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决
技术介绍
中存在的上述问题，提供一种基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法。
2、本专利技术为实现上述目的，采取的技术方案如下：
3、基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，所述方法包括以下步骤：
4、步骤一：建立永磁同步电机转矩通路的离散化状态方程，其中q轴电压uq为永磁同步电机转速控制系统输入，永磁同步电机转速为所述系统输出，在k时刻的离散化状态方程如下式(1)所示：
5、
6、其中，为系数矩阵,为系数矩阵,为系数
7、进一步，获得永磁同步电机在离散域下的增量状态方程，如下式(2)所示：
8、
9、其中，为系数矩阵,为系数矩阵，cp＝[0 0 1]为系数矩阵；另外，02×1以及i1×1分别代表0矩阵和单位矩阵；δxm(k+1)＝xm(k+1)-xm(k)代表状态增量；δuq(k)＝uq(k)-uq(k-1)代表控制增量；xp(k)＝[δxm(k) y(k)]t为增量状态方程的状态向量；y(k)表示增量系统的输出；
10、步骤二：采用拉盖尔基函数表示出永磁同步电机转速控制系统的状态的未来预测，即在k时刻预测出(k+m)时刻永磁同步电机转速控制系统的状态，采用基函数的表达是对控制增量的一种近似，表达式如下式(3)所示：
11、
12、其中，η＝[c1 c2 ... cn]t表示拉盖尔系数向量；n表示基的个数，为一个可调参数；φ(m)表示中间变量；
13、
14、其中，l(i)表示拉盖尔网络；i表示累加求和的数学符号中的变量；
15、l(i)通过如下表达式(5)进行迭代求解，该向量包含n个元素：
16、l(k+1)＝all(k) (5)
17、其中，
18、β＝(1-a2)；a∈[0,1)为拉盖尔网络的根，是一个可调参数；al表示系数矩阵，l(k+1)表示k+1时刻的拉盖尔网络，l(k)表示的含义与l(i)相同，β表示中间变量；
19、步骤三：通过坐标变换将跟随问题转化为镇定问题；
20、步骤四：构建永磁同步电机直接转速mpc控制算法的代价函数jn；
21、步骤五：电机控制器构建相应的带有约束的二次规划问题，该约束需要考虑电压、电流的限幅，并考虑数字系统存在的一步延迟补偿，建立不等式组；
22、步骤六：根据步骤五所构建的约束，并结合步骤二至四，建立如下式(10)所示的二次规划问题：
23、
24、其中，
25、步骤七：采用hildreth求解器求解步骤六约束优化问题，得到最优的拉盖尔系数向量ηopt，通过ηopt获得所提出算法的q轴控制电压uq(k)，如下式(11)所示：
26、uq(k)＝uq(k-1)+l(0)tη+l(1)tηpt (11)
27、其中，uq(k-1)表示(k-1)时刻的q轴电压控制；
28、步骤八：park变换中所用的电机转子位置θ进行一步延时补偿，如下式(12)所示：
29、θ(k)＝θ0(k)+1.5pω(k)t (12)
30、其中，θ(k)表示park变换中所用的电角度，θ0(k)表示k时刻驱动器的位置传感器测量所得的原始位置信号。
31、进一步的是，步骤三中，通过坐标变换将跟随问题转化为镇定问题的表达式如下式(6)所示：
32、
33、其中，ω*表示转速给定；e(k)＝y(k)-y(k∣k-1)表示误差矫正项，用以补偿模型预测输出与实际输出的误差，增加永磁同步电机转速控制系统的鲁棒性；y(k+m∣k)表示在k时刻对于(k+m)时刻输出的预测，根据步骤二中的方程(3)获得。
34、进一步的是，步骤四中，构建永磁同步电机直接转速mpc控制算法的代价函数jn的表达式如下式(7)所示：
35、
36、其中，q表示中间变量，q＝ctc保证了坐标变换前后代价函数的一致性；rl表示可调的权重系数矩阵，代表了控制量的权重。
37、进一步的是，步骤五中，不等式组的建立如下式(8)所示：
38、mη≤γ (8)
39、
40、其中，imax表示驱动器所能承受的最大电流；表示q轴电流参考电压最大值；udc表示母线电压；ξ∈(0,1)用于增加裕度，ξ表示常数，γ表示向量，m表示系数矩阵，uq(k-1)表示k-1时刻q轴电压；
41、此外，α的表达式为：
42、
43、其中，表示(k-1)时刻总的q轴电压增量；δω(k)＝ω(k)-ω(k-1)表示电机转速增量；δiq(k)＝iq(k)-iq(k-1)，表示电机q轴电流增量。
44、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术为一种新的模型预测直接转速控制方法，用于提升表贴式三相永磁同步电机转速控制性能。具体方案为首先将dq轴控制回路进行解耦(步骤一)，在此基础上提出了一种基于拉盖尔基函数的长预测时域模型预测直接转速策略，引入拉盖尔函数参数化，使得即便在考虑系统约束的情况下，长预测模型预测控制(mpc)的计算量大大减少，同时提高系统在瞬态和稳态下的稳定性和速度控制性能。此外，该控制器直观地采用了一步超前控制生成方法来补偿数字永磁同步电机控制系统中的延时效应，并通过误差校正项提高了系统的鲁棒性，实现高性能的速度控制。
45、本专利技术所提出的方法要求驱动器有两个电流传感器，一个位置传感器，无需额外的硬件设计。本专利技术的方法解决了传统的考虑约束的长预测时域mpc控制方法在永磁同步电机数字控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：步骤三中，通过坐标变换将跟随问题转化为镇定问题的表达式如下式(6)所示：
3.根据权利要求1所述的基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：步骤四中，构建永磁同步电机直接转速MPC控制算法的代价函数Jn的表达式如下式(7)所示：
4.根据权利要求1所述的基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：步骤五中，不等式组的建立如下式(8)所示：
【技术特征摘要】
1.一种基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于拉盖尔基函数的长预测时域单环直接转速控制方法，其特征在于：步骤三中，通过坐标变换将跟随问题转化为镇定问题的表达式如下式(6)所示：
3.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李绍斌，徐永向，邹继斌，肖利军，禹国栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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