[發明專利]基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法

有效

• 申請號: 201810218291.X
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108448991B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 宋戰鋒;周鳳嬌;夏長亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/13
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法，包括以下步驟：以永磁電機的零階保持離散化模型為基礎，分別引入計算時間延時項和擾動項，獲取永磁電機延時模型和永磁電機擾動模型；以永磁電機擾動模型為基礎，采用狀態空間的方法設計擴張狀態觀測器；根據擴張狀態觀測器獲取電壓矢量引起的電流變化率和電流變化量，根據電流變化率和電流變化量、結合電壓矢量的作用時間獲取控制律，進而獲取控制器；根據永磁電機延時模型及控制器，計算不考慮觀測器時電力拖動閉環系統狀態方程，并基于此設計觀測器的反饋系數。本發明采用狀態空間法設計離散化電流預測控制器及觀測器，改善永磁電機電流控制性能。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，尤其涉及一種基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法。

背景技術

日益提高的應用需求對永磁電機控制技術提出了更高的要求，要求其在復雜工況下具備優良的動靜態響應特性及強魯棒性。與傳統的矢量控制不同，模型預測控制在每個采樣周期內求取最優控制量，在永磁電機電流控制領域具有良好的應用前景。模型預測控制基于電機和逆變器的數學模型，結合當前時刻電流給定值和實際電流采樣值，根據代價函數求解最優控制量并作用于系統，在下一個采樣周期，重復上述優化過程實現滾動優化。

模型預測控制分為有限模態模型預測控制和具有連續控制指令的模型預測控制。前者不需要調制環節，逆變器的開關頻率隨運行工況實時變化，為濾波器的設計帶來困難；后者具有調制環節，克服了前者逆變器開關頻率隨運行工況實時變化的缺點。因此，圍繞具有連續控制指令的模型預測控制開展深入研究對提高永磁電機電流控制性能有重要意義。

具有連續控制指令的模型預測控制器，基于電機和逆變器的離散化模型實現對被控量的實時調節，其控制效果依賴于系統模型。傳統預測控制多基于歐拉離散化模型進行設計^[1-3]。當采樣頻率較低時，歐拉離散化模型誤差較大，導致預測控制動態過程兩相同步旋轉坐標系中dq軸電流存在耦合，電力拖動系統動態性能惡化。不同于歐拉離散化模型，采用階躍響應不變法進行離散化的零階保持離散化模型考慮了PWM零階保持特性及單個采樣周期內逆變器輸出電壓的鎖定現象，在采樣頻率較低時仍具有較高精度^[4-6]。

因此，為了改善預測控制運行性能，研究基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法具有重要意義。

發明內容

本發明提供了一種基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法，本發明采用狀態空間法設計離散化電流預測控制器及觀測器，改善永磁電機電流控制性能，詳見下文描述：

一種基于零階保持離散化模型的永磁電機電流預測控制方法，所述永磁電機電流預測控制方法包括以下步驟：

1)以永磁電機的零階保持離散化模型為基礎，分別引入計算時間延時項和擾動項，獲取永磁電機延時模型和永磁電機擾動模型；

2)以永磁電機擾動模型為基礎，采用狀態空間的方法設計擴張狀態觀測器；

3)根據擴張狀態觀測器獲取電壓矢量引起的電流變化率和電流變化量，根據電流變化率和電流變化量、結合電壓矢量的作用時間獲取控制律，進而獲取控制器；

4)根據永磁電機延時模型及控制器，計算不考慮觀測器時電力拖動閉環系統狀態方程，并基于此設計觀測器的反饋系數。

在步驟1)之前，所述永磁電機電流預測控制方法還包括：

根據階躍響應不變法，對表貼式永磁同步電機在同步旋轉坐標系下連續狀態方程進行離散化處理，獲取永磁電機的零階保持離散化模型。

其中，所述根據擴張狀態觀測器獲取電壓矢量引起的電流變化率和電流變化量，根據電流變化率和電流變化量、結合電壓矢量的作用時間獲取控制律，進而獲取控制器具體為：

根據擴張狀態觀測器獲取電壓矢量引起的電流變化率和電流變化量；