[發明專利]一種永磁同步電機高可靠性電流預測控制方法及其系統

有效

• 申請號: 201910059259.6
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109660170B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 樊英;張秋實;毛晨陽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14;H02P25/022
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

本發明專利公開了一種永磁同步電機的高可靠性電流預測控制方法及其系統，針對無差拍電流預測控制的以上缺陷，根據永磁同步電機的離散數學模型，建立了線性擴張狀態觀測器來預測下一周期的電流，并觀測出參數變化造成的電壓干擾，并將電壓干擾補償至無差拍電流預測控制器中，解決了永磁同步電機采用無差拍電流預測控制對電機參數的依賴，魯棒性低，穩態精度低，運行可靠差的技術問題，本發明方法電機動態響應快，穩態控制精度高，魯棒性高，運行可靠。

所屬領域

本發明涉及永磁同步電機技術領域，尤其涉及一種永磁同步電機的高可靠性電流預測控制方法及其系統。

背景技術

永磁同步電機由于具有效率高、體積小，結構簡單等特點，近幾年被廣泛應用于航空航天、家電、電動汽車等領域。現有的永磁同步電機控制技術中，矢量控制的應用最為廣泛，它包括轉速外環和電流內環的雙閉環控制結構，電流環的設計決定了電機控制系統的動態響應速度和穩態精度，其控制器多采用PI控制器。然而作為一個多變量、強耦合的非線性系統，傳統的PI控制的性能易受系統不確定性以及外部擾動的影響，其次采用PI控制時電機的極點會隨著轉速的變化而變化，所以采用傳統的PI控制無法在全速段的范圍內都達到一個高性能的控制特性。

無差拍電流預測控制算法是根據電機和逆變器在同步旋轉坐標系下的數學模型預測下一時刻逆變器的開關信號，可以提高永磁同步電機電流環的動態響應，降低電機的轉矩脈動。但由于控制器的輸出與電機模型參數之間存在著密切的聯系，因此傳統的無差拍電流預測控制需要高精度的模型參數，尤其是電機電感的參數，當系統存在50％以上的電感誤差時，控制器開始發散，當存在磁鏈誤差時，控制器雖然能穩定，但是穩態時會存在穩態誤差，因此，如何合理利用無差拍電流預測控制，最大程度的減小誤差，是本領域急需解決和克服的問題。

發明內容

本發明正是針對現有技術中的問題，提供了一種永磁同步電機的高可靠性電流預測控制方法及其系統，針對無差拍電流預測控制的以上缺陷，根據永磁同步電機的離散數學模型，建立了線性擴張狀態觀測器來預測下一周期的電流，并觀測出參數變化造成的電壓干擾，并將電壓干擾補償至無差拍電流預測控制器中，解決了永磁同步電機采用無差拍電流預測控制對電機參數的依賴，魯棒性低，穩態精度低，運行可靠差的技術問題，本發明方法電機動態響應快，穩態控制精度高，魯棒性高，運行可靠。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種永磁同步電機高可靠性電流預測控制方法，包括以下步驟：

S1，t_k時刻永磁同步電機dq軸電流的獲取：通過電流傳感器采集永磁同步電機的三相電流，經過坐標變換得到永磁同步電機在t_k時刻的dq軸電流；

S2，t_k時刻電機旋轉角速度獲取：通過編碼器測量并計算得到永磁同步電機的實際轉速；

S3，t_k+1時刻永磁同步電機dq軸預測電流的獲取：將經步驟S1獲取的dq軸電流、步驟S2獲取的電機旋轉角速度及t_k-1時刻無差拍電流預測控制器輸出的dq軸電壓輸入到線性擴張狀態觀測器中，得到t_k+1時刻永磁同步電機dq軸電流預測值以及參數變化導致的dq軸電壓干擾；

S4，dq軸電流給定值獲取：將經步驟S2獲取的電機旋轉角速度與給定電角速度做差，通過PI速度控制器計算出dq軸電流給定值；

S5，t_k時刻永磁同步電機dq軸電壓的獲取：將經步驟S3得到的t_k+1時刻永磁同步電機dq軸電流預測值以及經步驟S4獲得的t_k時刻dq軸電流給定值輸入到無差拍電流預測控制器，輸出得到t_k時刻dq軸電壓；

S6，t_k時刻永磁同步電機dq軸電壓的更新獲取：將經步驟S3得到的參數變化導致的dq軸電壓干擾補償至無差拍電流預測控制器，重新得到t_k時刻dq軸電壓；