[發明專利]一種異步電機模型預測控制方法

有效

• 申請號: 201710056940.6
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106712626B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 尹忠剛;韓旭;張瑞峰;劉靜;鐘彥儒
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 胡燕恒

1.一種異步電機模型預測控制方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，對控制對象電壓方程進行線性化和離散處理：

假設研究對象的離散數學模型為：

其中，x(k)為狀態變量，y(k)為系統的輸出變量，u(k)為系統的輸入變量，A為系統矩陣，B為輸入矩陣，C為輸出矩陣，k為當前采樣時刻；

將控制對象電壓方程線性化和離散處理并將其抽象為公式(1)的形式；

步驟2，根據控制對象的離散數學模型，獲取k時刻在預測域內的不同時刻狀態變量預測值和系統輸出預測值；

不同時刻狀態變量預測值為：

x(k+p|k)＝A^px(k)+A^p-1Bu(k)+A^p-2Bu(k+1)+…+A^p-lBu(k+l-1) (2)

系統輸出預測值為：

為了更加簡明的將輸出表達式進行描述，在此定義變量：

Y＝[y(k+1|k),y(k+2|k),y(k+3|k),…,y(k+p|k)]^T (4)

U＝[u(k+1|k),u(k+2|k),u(k+3|k),…,u(k+l-1|k)]^T (5)

利用上述定義將輸出遞推式進行重新描述表示：

Y＝Gx(k)+HU (6)

其中，

在此假設系統的控制量可以表示為如下形式：

取最優控制量的目標函數為：

J^*＝(R_r-Y)(R_r-Y)^T+U^TRU (8)

其中，R為輸入對目標函數影響的權重矩陣，為維數與預測時域相等的單位向量，Y為系統的輸出變量，U為系統的輸入變量；

將式Y＝Gx(k)+HU代入式(8)，可以得到如下表達式：

為了使得J^*取得的最佳輸入控制量u(k)，可通過求取極小值的必要條件dJ^*/dU＝0求得：

U＝(H^TH+R)^-1H^T(R_r-Gx(k)) (10)

由式(10)可以計算出在k時刻，預測時域范圍內所有預測值，但是預測控制并非將所有的控制量施加于控制對象，而是將即時控制量即求取最佳控制量的首元素，作用于控制對象，所以在k時刻作用于對象時的輸入變量，系統輸出預測值為：

步驟3，對步驟1中控制對象的離散數學模型進行數學變換，結合步驟2得到的狀態變量預測值和系統輸出預測值，得到針對控制對象的最優控制量和即時控制量。

步驟4，根據步驟3得到的控制對象的最優控制量和即時控制量，結合公式(2)，得到下一時刻的狀態變量預測值；

步驟5，根據步驟4得到的即時控制量施加于異步電機進行控制并且利用下一時刻的狀態變量預測值進行新的一輪循環求解。

2.根據權利要求1所述的一種異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述控制對象的離散數學模型進行數學變換后的狀態擴展的系統方程為：

其中，O為零向量。

3.根據權利要求1所述的一種異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述最優控制量為：

當前即時控制量為：

4.根據權利要求3所述的一種異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述下一時刻的狀態變量預測值為：

定義為的首元素，為(H^TH+R)^-1H^TG的首行元素則有：