[發明專利]適用于永磁同步電機的魯棒非線性預測轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201810089184.1
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108322120B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 史婷娜;肖萌;周湛清;閻彥;夏長亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30;H02P21/20;H02P21/13;H02P25/024;H02P27/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種適用于永磁同步電機的魯棒非線性預測轉矩控制方法，其特征是，步驟如下：

步驟一、構建永磁同步電機非線性系統狀態方程：

永磁同步電機的數學模型表示為

式(1)中，u_d與u_q分別為定子電壓的d、q軸分量；R為定子電阻；i_d與i_q分別為定子電流的d、q軸分量；L_d與L_q分別為PMSM的d、q軸電感；ω_r表示轉子電角速度；ψ_f表示永磁體磁鏈；T_e為電磁轉矩；p為極對數；J為轉動慣量；δ_d與δ_q表示電機電氣參數變化引起的建模誤差及其他不確定性；δ_n表示電機機械參數變化引起的建模誤差、負載擾動及其他不確定性；

永磁同步電機的轉矩和磁鏈表達式分別為

式(3)中，ψ_d與ψ_q分別為定子磁鏈的d、q軸分量；δ_df和δ_qf分別表示參數變化對磁鏈造成的擾動；

在此基礎上構建永磁同步電機非線性系統的狀態方程為

式(4)中，x＝[T_e ψ]^T表示狀態量；定義ψ＝ψ_d²+ψ_q²；u(t)＝[u_d u_q]^T表示系統輸入量；y＝h(x)＝[y₁y₂]^T＝[T_e ψ]^T表示輸出量；δ(t)＝[δ_d δ_q]^T是包含各種不確定項的未知函數，這些不確定項是由模型簡化或電氣參數不確定等因素引起的；g(x)和f(x)＝[f₁ f₂]^T，分別有

步驟二、求取非線性預測轉矩控制的最優控制率：

定義價值函數為

式(7)中，T_d表示預測周期；e(t+τ)＝y(t+τ)-y_r(t+τ)，y(t+τ)和y_r(t+τ)分別為(t+τ)時刻的預測輸出和期望輸出，有

為簡化計算，將式(8)中的預測輸出y(t+τ)及期望輸出y_r(t+τ)按泰勒級數展開法分別展開，有

為使永磁同步電機系統具有良好的轉矩控制性能，非線性預測轉矩控制的最優控制率應滿足

根據式(7)-(11)求得非線性預測轉矩控制率為

步驟三、構建非線性擾動觀測器：

為消除電機電氣參數變化等不確定性引起的系統穩態誤差，構建非線性擾動觀測器如下

式(13)中，L為非線性擾動觀測器增益，定義L＝[l₁₁l₁₂；l₂₁l₂₂]，l₁₁、l₁₂、l₂₁、l₂₂均為常數；

聯立式(12)-(13)，可得

步驟四、構建魯棒負載擾動觀測器：

為消除電機機械參數及負載突變引起的系統穩態誤差，構建魯棒負載擾動觀測器如下

式(15)中，和分別為ω_r和δ_n的觀測值；λ為魯棒負載擾動觀測器增益，且滿足λ>0；

步驟五、魯棒非線性預測轉矩控制算法的實現：

為了獲得更精確的系統電磁轉矩參考值，需將魯棒負載擾動觀測器觀測的結果反饋至非線性預測轉矩控制率，并對速度PI控制器的輸出進行前饋補償；將經補償后的轉矩參考值代入到價值函數中，并將由非線性擾動觀測器觀測的結果代入至由式(12)求得的最優控制率中，最終得到魯棒非線性預測轉矩控制算法的控制率為

u(t)＝-[L_gh(x)]^-1·[P(x)+I(x)+D(x)]+C (16)

其中，