[發(fā)明專利]基于擾動觀測器的永磁電機(jī)電流預(yù)測諧振控制方法

有效

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• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108712120B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋戰(zhàn)鋒;周鳳嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了基于擾動觀測器的永磁電機(jī)電流預(yù)測諧振控制方法，所述方法包括以下步驟：建立考慮周期、非周期擾動的連續(xù)模型，基于連續(xù)模型建立電機(jī)離散化模型；基于電機(jī)離散化模型設(shè)計(jì)基于觀測器的電流預(yù)測諧振控制器；對電流預(yù)測諧振控制器的參數(shù)進(jìn)行整定處理。本發(fā)明建立了內(nèi)置諧振控制器的模型用于抑制周期性擾動，并設(shè)計(jì)擾動觀測器用于觀測非周期性擾動，設(shè)計(jì)了預(yù)測諧振控制率，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對周期、非周期干擾的有效抑制；本發(fā)明提出了預(yù)測控制器、觀測器和諧振控制器的參數(shù)整定方法，實(shí)現(xiàn)了永磁電機(jī)電流控制器帶寬的靈活調(diào)節(jié)和頻率變化的周期性擾動的抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及永磁電機(jī)非周期性及周期性擾動抑制，設(shè)計(jì)了基于擾動觀測器的永磁電機(jī)電流預(yù)測諧振控制方法。

背景技術(shù)

永磁電機(jī)已被廣泛應(yīng)用于電力驅(qū)動領(lǐng)域。隨著對動態(tài)性能和控制精度要求的提高，傳統(tǒng)控制方法無法滿足人們對控制性能的需求。隨著控制核心計(jì)算能力的提升，使更復(fù)雜的控制算法應(yīng)用于實(shí)際成為可能。其中，具有完美動態(tài)性能和靈活控制性能的模型預(yù)測控制受到廣泛關(guān)注。

近來，模型預(yù)測控制持續(xù)發(fā)展。然而，其控制性能受模型精度的影響。通常，首先建立電機(jī)的連續(xù)模型，然后采用Tusin等方法進(jìn)行離散化，然后模型預(yù)測控制基于此模型通過代價(jià)函數(shù)最小化預(yù)測系統(tǒng)狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)參數(shù)會隨著工作條件改變而發(fā)生變化。這些不確定擾動會造成控制性能的惡化。為了消除擾動的影響，許多方法被提出。其中，一種方法是引入積分項(xiàng)消除擾動。另一種更常見的方法是采用觀測器，為了提高系統(tǒng)的魯棒性，不同類型的觀測器被提出，例如，倫伯格觀測器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測器和卡曼濾波觀測器等。

除了由模型不確定和參數(shù)變化引入的非周期性擾動，控制系統(tǒng)中還存在一些周期性擾動。通常轉(zhuǎn)子磁鏈被認(rèn)為是理想正弦分布，然而實(shí)際電機(jī)中磁鏈分布很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)正弦分布，因此會引入周期性擾動。另外，采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)制，由于死區(qū)時(shí)間等逆變器開關(guān)器件的非線性，會引起周期性電壓畸變。為了補(bǔ)償周期性干擾，許多方法被提出。其中，一種方法是基于伏秒平衡法則。另一種是在PI控制器中增加積分器估計(jì)周期性擾動。近來，諧振控制器被應(yīng)用于周期性擾動的抑制，諧振頻率的擾動能被有效抑制。

預(yù)測控制中周期性擾動的抑制引起了人們的關(guān)注。迭代學(xué)習(xí)模型預(yù)測控制被有效應(yīng)用于周期性擾動抑制。此方法中，周期性擾動被引入預(yù)測模型中，并且需要在線計(jì)算參數(shù)，因此增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)。另一種方法是Min-Max模型預(yù)測控制，該方法雖然不需要周期性擾動準(zhǔn)確的頻率，但是，擾動不能完全被抑制。因此，預(yù)測控制中周期性擾動的抑制問題亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了基于擾動觀測器的永磁電機(jī)電流預(yù)測諧振控制方法，本發(fā)明滿足了復(fù)雜環(huán)境及高精度控制要求，克服傳統(tǒng)預(yù)測控制器受由逆變器死區(qū)、磁鏈分布等引起的周期性擾動、及由參數(shù)失配等引起的非周期性擾動的影響，詳見下文描述：

一種基于擾動觀測器的永磁電機(jī)電流預(yù)測諧振控制方法，所述方法包括以下步驟：

建立考慮周期、非周期擾動的連續(xù)模型，基于連續(xù)模型建立電機(jī)離散化模型；

基于電機(jī)離散化模型設(shè)計(jì)基于觀測器的電流預(yù)測諧振控制器；對電流預(yù)測諧振控制器的參數(shù)進(jìn)行整定處理。

進(jìn)一步地，所述基于電機(jī)離散化模型設(shè)計(jì)基于觀測器的電流預(yù)測諧振控制器具體為：

分析由逆變器死區(qū)時(shí)間、及磁鏈分布引起的周期性擾動并建立周期性擾動模型，為了抑制周期性擾動，基于電機(jī)離散化模型建立內(nèi)嵌諧振控制器的電機(jī)模型；

分析由參數(shù)失配引起的非周期性擾動，設(shè)計(jì)擾動觀測器用于觀測擾動；

根據(jù)預(yù)測狀態(tài)和實(shí)際電流采樣值基于內(nèi)嵌諧振控制器的電機(jī)模型，設(shè)計(jì)基于控制參數(shù)k_c的代價(jià)函數(shù)和總控制律，得到每采樣周期的最優(yōu)控制量，完成基于擾動觀測器的電流預(yù)測諧振控制器的設(shè)計(jì)。