[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于多電機(jī)控制系統(tǒng)的有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410460918.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104242768A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏長(zhǎng)亮;高明煜;劉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法。特別是涉及一種應(yīng)用于多電機(jī)控制系統(tǒng)的有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

基于有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法(finite?control?set?model?predictive?control,FCS-MPC)的交流電機(jī)系統(tǒng)具有無(wú)需調(diào)制算法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、內(nèi)部完全解耦、能夠加入多種約束條件實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制等優(yōu)勢(shì)，極具發(fā)展前景。FCS-MPC衍生自傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制(model?predictive?control,MPC)算法。傳統(tǒng)MPC算法利用系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)考慮到系統(tǒng)的不同控制目標(biāo)，通過(guò)價(jià)值函數(shù)(cost?function)進(jìn)行全局尋優(yōu)，滾動(dòng)優(yōu)化，最終達(dá)到最優(yōu)的效果，這種算法的控制周期通常較長(zhǎng)，在過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。FCS-MPC繼承了傳統(tǒng)MPC算法的特點(diǎn)，自2000年之后，在電力變流器和電力傳動(dòng)上得到了廣泛的研究。鑒于電力變流器僅含有限個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，F(xiàn)CS-MPC采用相對(duì)簡(jiǎn)單的尋優(yōu)過(guò)程，對(duì)所有可能的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻被控量的可能的結(jié)果，同時(shí)，引入傳統(tǒng)MPC算法中的價(jià)值函數(shù)的概念，綜合各個(gè)控制目標(biāo)而選出最優(yōu)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因此，F(xiàn)CS-MPC能夠?qū)Χ嘧兞快`活控制，并且易于引入非線性的約束條件。

FCS-MPC沒(méi)有脈寬調(diào)制(pulse?width?modulation,PWM)過(guò)程，在每一個(gè)采樣周期內(nèi)，F(xiàn)CS-MPC只輸出一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這種算法的開(kāi)關(guān)頻率是不恒定的。在這種情況下，為了達(dá)到與傳統(tǒng)的線性控制方法相近的電流控制性能，F(xiàn)CS-MPC的控制周期必須大大短于傳統(tǒng)的線性控制算法。因此FCS-MPC需要更短的程序計(jì)算時(shí)間，然而，實(shí)際中不可能達(dá)到這種情況。當(dāng)采用單處理器實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的控制時(shí)，F(xiàn)CS-MPC的計(jì)算量隨著電路復(fù)雜度的增加而增加，控制周期可能無(wú)法設(shè)置得足夠小。而且，由于FCS-MPC經(jīng)常引入其它附加約束(例如共模電壓約束，開(kāi)關(guān)頻率約束等等)來(lái)達(dá)到綜合最優(yōu)控制效果，這同樣會(huì)增加FCS-MPC的計(jì)算量。總之，較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間會(huì)限制FCS-MPC算法在多電機(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠大幅減少程序執(zhí)行時(shí)間，同時(shí)保持原算法的控制性能的應(yīng)用于多電機(jī)控制系統(tǒng)的有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于多電機(jī)控制系統(tǒng)的有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制方法，用于由m臺(tái)永磁同步電機(jī)組成的多電機(jī)控制系統(tǒng)，包括如下步驟：

1)多電機(jī)系統(tǒng)電氣量采集，包括：

采集每一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，計(jì)算每一臺(tái)電機(jī)的定子參考電流矢量；采集每一臺(tái)電機(jī)的定子三相電流并變換為兩相靜止α-β坐標(biāo)系上的電流分量；采集直流側(cè)電壓u_dc；在兩相靜止α-β坐標(biāo)系下設(shè)定k時(shí)刻每一臺(tái)電機(jī)的電氣量，對(duì)每一臺(tái)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行估計(jì)；計(jì)算每一臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)的逆變器所有可能輸出的電壓矢量；

2)虛擬參考電壓矢量預(yù)測(cè)和價(jià)值函數(shù)尋優(yōu)，包括：

對(duì)于每一臺(tái)電機(jī)，計(jì)算k時(shí)刻的虛擬參考電壓矢量建立價(jià)值函數(shù)有

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