[發(fā)明專利]一種含約束條件的電機(jī)控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710133329.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106788047B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉;鄒劍橋;葉才勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發(fā)明公開(kāi)了一種含約束條件的電機(jī)控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)將電機(jī)安全工作范圍考慮進(jìn)去設(shè)置電機(jī)的電壓約束條件以及電流約束條件，首先采集當(dāng)前時(shí)刻k的電機(jī)電流及轉(zhuǎn)速，求解出k時(shí)刻無(wú)差拍控制算法的控制電壓，然后在k時(shí)刻無(wú)差拍控制算法的控制電壓既位于電壓約束條件所確定的電壓矢量空間，又位于電流約束條件所確定的電壓矢量空間時(shí)，采取無(wú)差拍控制算法處理電機(jī)面臨的約束問(wèn)題，否則采取有限集模型預(yù)測(cè)控制算法處理電機(jī)面臨的約束問(wèn)題。由于有限集模型預(yù)測(cè)控制算法可以方便處理控制當(dāng)中存在的約束問(wèn)題，而無(wú)差拍控制算法具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，通過(guò)結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，能夠保證電機(jī)始終在安全運(yùn)行區(qū)域內(nèi)獲得良好的運(yùn)行性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種含約束條件的電機(jī)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)具有高功率密度，運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到電動(dòng)汽車、軌道交通，伺服等應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)坐標(biāo)變換，可以將無(wú)刷的交流電機(jī)近似等效為傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)，進(jìn)而可以獲得與直流電機(jī)相媲美的電機(jī)運(yùn)行性能。

隨著對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能要求越來(lái)越高，一些高級(jí)控制算法被相繼開(kāi)發(fā)出來(lái)，并且運(yùn)用到電機(jī)控制領(lǐng)域當(dāng)中，提高電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及穩(wěn)態(tài)跟蹤性能。其中，模型預(yù)測(cè)控制算法，通過(guò)在線尋優(yōu)的方式，設(shè)計(jì)合適的目標(biāo)函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。并且，該算法不僅能夠處理約束問(wèn)題，還能夠?qū)Χ鄠€(gè)控制目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

傳統(tǒng)的控制算法(如：矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制)通過(guò)外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)的限幅值來(lái)保證電機(jī)運(yùn)行過(guò)程不發(fā)生過(guò)流，內(nèi)環(huán)電流環(huán)的限幅值保證電機(jī)輸入電壓不超過(guò)逆變器最大輸出電壓。而如果電機(jī)電流內(nèi)環(huán)響應(yīng)過(guò)快，會(huì)出現(xiàn)電流超調(diào)現(xiàn)象，實(shí)際電流會(huì)超過(guò)限幅值，導(dǎo)致過(guò)流。同理，電流內(nèi)環(huán)輸出(即輸出電壓給定值)達(dá)到限幅值上限時(shí)，此時(shí)電機(jī)輸入電壓將無(wú)法針對(duì)電機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要經(jīng)歷退飽和過(guò)程，該過(guò)程影響電機(jī)運(yùn)行性能。

通過(guò)分析將電機(jī)最大輸出電流以及逆變器最大輸出電壓兩個(gè)約束條件考慮在內(nèi)，利用模型預(yù)測(cè)控制算法將這兩約束條件考慮在內(nèi)，求解含約束條件問(wèn)題下的最優(yōu)值，該問(wèn)題可描述為二次規(guī)劃(Quadratic programming,QP)問(wèn)題，針對(duì)于線性約束問(wèn)題，可以采取多種方法求解，常用的最有效的兩種方法是：積極集法(active-set method)和內(nèi)點(diǎn)法(interior-point method)。這兩種方法需要在約束范圍內(nèi)不斷迭代尋找滿足約束條件的最優(yōu)值，因此，求解過(guò)程會(huì)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種含約束條件的電機(jī)控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)將無(wú)差拍控制與有限集模型預(yù)測(cè)控制相結(jié)合，分析得到無(wú)差拍和模型預(yù)測(cè)控制算法之間合適的工作區(qū)間，結(jié)合兩者控制算法的優(yōu)點(diǎn)，保證電機(jī)工作在安全運(yùn)行范圍內(nèi)。由此解決現(xiàn)有技術(shù)中在求解含電機(jī)約束條件下的最優(yōu)值需要在約束范圍內(nèi)不斷迭代尋找滿足約束條件的最優(yōu)值而導(dǎo)致的計(jì)算量復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種含約束條件的電機(jī)控制方法，包括：

(1)在當(dāng)前時(shí)刻k，對(duì)電機(jī)電流以及轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣，獲取電機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻k的運(yùn)行狀況；

(2)根據(jù)k時(shí)刻采樣得到的電機(jī)電流以及轉(zhuǎn)速，求解出k時(shí)刻無(wú)差拍控制算法的控制電壓；

(3)由電機(jī)逆變器的最大輸出電壓確定電壓約束條件，由電機(jī)的最大輸出電流確定電流約束條件，判斷k時(shí)刻無(wú)差拍控制算法的控制電壓是否既位于電壓約束條件所確定的電壓矢量空間，又位于電流約束條件所確定的電壓矢量空間，若是，則將無(wú)差拍控制算法的控制電壓輸出給逆變器進(jìn)行調(diào)制；否則采取有限集模型預(yù)測(cè)控制算法選取出最優(yōu)電壓矢量輸出給逆變器進(jìn)行調(diào)制。

優(yōu)選地，所述電壓約束條件為：其中，u_α和u_β表示輸出電壓控制矢量α軸和β軸分量，V_dc為直流母線電壓；