[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

本發明公開了一種異步電機模型預測控制方法,具體為：首先對控制對象方程進行線性化和離散處理，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，進而得到針對控制對象的最優控制量和即時控制量，從而得到下一時刻的狀態變量預測值，將即時控制量施加于異步電機進行控制。本發明通過對模型預測控制滾動時域特征分析及對其數學模型詳細推導演化討論的基礎上，根據系統變量及其差值與系統方程內在聯系，通過對狀態變量擴展與轉換，形成狀態與輸出雙狀態回饋結構，加快了輸出量收斂速度，使得在系統控制信息無任何約束及處理基礎上，有效縮減控制域，降低整個系統在線計算量。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，涉及一種異步電機模型預測控制方法。

背景技術

異步電機具有非線性、強耦合、多變量的性質，一般都采用PI調節器對系統進行調節，它的結構簡單、容易實現，有較好的動態性能。但系統存在易受系統參數變化影響、對負載變化適應能力差和抗干擾能力弱等缺點，并且在控制器參數整定過程中，往往需要依賴大量工程經驗進行反復調試。因此，在對動態性能要求較高的場合，采用傳統PI調節器就會受到一定的局限性，不能滿足相關性能的要求。

模型預測控制誕生于上世紀70年代，從最初的工業應用啟發式控制算法現已經發展為一個理論豐富、實踐內容不斷擴張的新型學科分支。預測控制針對有優化需求的控制問題，自從該控制方法誕生并發展至今已經在復雜工業系統中取得一些成功，尤其是模型預測控制算法對非線性約束問題處理具有獨特優勢。經過近幾十年發展，模型預測控制已經逐步在各個領域中應用，尤其是近幾年隨著數字信號處理器飛速發展，模型預測控制策略在電機控制領域迅速發展應用?？v觀近幾年有關于電機模型預測控制策略在很大程度上就是對算法改進、發展以及與其他算法相結合，利用各自優點提高整個系統控制性能。雖然模型預測控制方法有諸多優勢，但是在未將其應用于電機控制領域前，最大阻礙就是該算法相對比較復雜，在線計算量比較大，無法為該應用領域所接受。以當時處理器的發展水平幾乎不能夠滿足系統的動態性能要求，延緩了該算法在電機控制領域中應用及發展。所以本發明著重點就是針對模型預測控制算法計算量大的問題，研究一種更為高效、簡單的控制策略。

發明內容

本發明的目的是提供一種異步電機模型預測控制方法，解決了現有電機控制中模型預測控制算法在線滾動實施時計算量大，實時性較差。

本發明所采用的技術方案是，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)