[發(fā)明專利]基于滑模的永磁同步電機(jī)預(yù)測電流控制方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710497296.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN107317532B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉;蔣亞杰;穆朝絮;葉才勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/22
• 分類號(hào): H02P21/22;H02P21/00;H02P21/13;H02P27/08;H02P25/026
• 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)明公開了一種基于滑模的永磁同步電機(jī)預(yù)測電流控制方法和系統(tǒng)，其中方法的實(shí)現(xiàn)包括：根據(jù)不考慮參數(shù)變化的永磁同步電機(jī)模型，將當(dāng)前時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的等效電流、下一時(shí)刻的d軸參考電流和下一時(shí)刻的q軸參考電流輸入無差拍預(yù)測電流控制器，預(yù)測出當(dāng)前時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的電壓；將等效電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速和上一時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的電壓輸入高階滑模微分器，得到參數(shù)變化導(dǎo)致的dq軸電流干擾；將參數(shù)變化導(dǎo)致的dq軸電流干擾補(bǔ)償給無差拍預(yù)測電流控制器，得到dq軸坐標(biāo)系下電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓，利用驅(qū)動(dòng)電得到三相輸入電壓，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行。本發(fā)明動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)控制精度高，提高了永磁同步電機(jī)的控制精度及其運(yùn)行的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于滑模的永磁同步電機(jī)預(yù)測電流控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近幾年，隨著稀土永磁材料和電力功率器件的發(fā)展，永磁同步電機(jī)(PermanentMagnet Synchronous Motor，PMSM)以其高性能、高轉(zhuǎn)矩慣量比和高能量密度得到了廣泛的關(guān)注，特別是永磁材料價(jià)格的下降及磁性能的提高，極大地推動(dòng)了永磁同步電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，在高精度、寬調(diào)速范圍的伺服系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越重要的作用。永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，它的應(yīng)用環(huán)境一般較為復(fù)雜且常常存在各種干擾，同時(shí)存在著參數(shù)不匹配等不確定性。

現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)控制技術(shù)中，矢量控制應(yīng)用最為廣泛包括速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。電流環(huán)的控制需要先將三相電流經(jīng)過dq變換，然后分別進(jìn)行比例積分(Proportional-integral，PI)調(diào)節(jié)，將PI調(diào)節(jié)的結(jié)果作為PWM的控制量，經(jīng)PWM算法輸出控制信號(hào)，完成對(duì)電機(jī)的控制。電流環(huán)的設(shè)計(jì)決定了電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)態(tài)控制精度。近年來隨著現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，許多關(guān)于永磁同步電機(jī)電流環(huán)的控制方法被提出，現(xiàn)有技術(shù)存在運(yùn)行中的電機(jī)參數(shù)變化時(shí)無法有效地調(diào)節(jié)永磁同步電機(jī)的電流環(huán)輸出，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，魯棒性低，永磁同步電機(jī)的控制精度低及其運(yùn)行的可靠性差的技術(shù)問題。

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)明提供了一種基于滑模的永磁同步電機(jī)預(yù)測電流控制方法和系統(tǒng)，由此解決了現(xiàn)有技術(shù)存在運(yùn)行中的電機(jī)參數(shù)變化時(shí)無法有效地調(diào)節(jié)永磁同步電機(jī)的電流環(huán)輸出，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，魯棒性低，永磁同步電機(jī)的控制精度低及其運(yùn)行的可靠性差的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于滑模的永磁同步電機(jī)預(yù)測電流控制方法，包括如下步驟：

(1)采集當(dāng)前時(shí)刻的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速和三相電流，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到永磁同步電機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的等效電流；

(2)根據(jù)設(shè)定的永磁同步電機(jī)下一時(shí)刻的參考轉(zhuǎn)子電角速度和下一時(shí)刻的d軸參考電流，采集永磁同步電機(jī)下一時(shí)刻的q軸參考電流；

(3)根據(jù)不考慮參數(shù)變化的永磁同步電機(jī)模型，將當(dāng)前時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的等效電流、下一時(shí)刻的d軸參考電流和下一時(shí)刻的q軸參考電流輸入無差拍預(yù)測電流控制器，預(yù)測出當(dāng)前時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的電壓；

(4)將永磁同步電機(jī)在dq軸坐標(biāo)系下的等效電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速和上一時(shí)刻利用無差拍預(yù)測電流控制器得到的上一時(shí)刻dq軸坐標(biāo)系下的電壓輸入高階滑模微分器，得到參數(shù)變化導(dǎo)致的dq軸電流干擾；

(5)將參數(shù)變化導(dǎo)致的dq軸電流干擾補(bǔ)償給無差拍預(yù)測電流控制器，消除無差拍預(yù)測電流控制器的參數(shù)依賴性的缺陷，得到dq軸坐標(biāo)系下電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓，將驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)過坐標(biāo)變換以及正弦脈沖寬度調(diào)制得到永磁同步電機(jī)的三相輸入電壓，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)運(yùn)行。

進(jìn)一步的，無差拍預(yù)測電流控制器為：