[發明專利]一種基于多用途擾動觀測器的永磁同步電機無差拍電流預測控制方法

有效

• 申請號: 201910183764.1
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109768752B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 南余榮;呂煒杰;楊晨冰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/24
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 蔣瓊

一種基于多用途擾動觀測器的永磁同步電機無差拍電流預測控制方法，包括以下步驟：建立永磁同步電機無差拍電流預測控制數學模型；基于無差拍預測控制理論，設計電流環控制器；基于滑模變結構控制理論，設計滑模擾動觀測器，并設計李雅普諾夫函數；使用滑模擾動觀測器分別實現魯棒電流控制和無位置傳感器控制。本發明提供的控制方法在安裝位置傳感器時，盡管電機參數不匹配，仍可通過無差拍電流預測控制實現精確的電流調節；以及在沒有配備位置傳感器但具有較好電機參數估計時，可以準確提取轉子位置進行無位置傳感器控制。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機領域，特別涉及一種基于多用途擾動觀測器的永磁同步電機無差拍電流預測控制方法。

背景技術

對于功率轉換器和電機驅動，內部電流環在實現整個控制系統的良好性能方面起著重要作用。在過去的幾十年中，已經研究了許多方法用于高性能電流控制，包括滯后控制、滑模變結構控制以及預測控制等。

無差拍預測控制在每個采樣周期利用系統的預測模型計算出所需電壓的矢量，使得狀態變量在下個周期能夠跟隨給定值，然后利用調制器產生這個電壓矢量。無差拍控制己經應用十三相逆變器，有源濾波器，整流器功率因數校正器，不間斷電源，DC-DC變換器等。無差拍預測控制算法由于其良好的動態性能、計算簡單、開關頻率固定、易于在數字控制系統中實現、相電流諧波含量低等優點被用于一些高性能要求的場合。

傳統的無差拍預測控制是基于精確的電機模型的，在參數失配時導致電流出現穩態誤差，甚至使系統不穩定，系統的魯棒性差，嚴重時甚至影響系統的穩定運行。

為了實現永磁同步電動機的高性能電流控制，通常需要準確的轉子位置信息。無位置傳感器的運行是惡劣環境和低成本應用中的首選。

因此，如何消除電機參數不匹配問題對傳統無差拍電流預測控制性能帶來的影響，以及當具有良好的參數估計，但沒有位置傳感器的情況下如何獲取轉子位置信息，是永磁同步電機驅動中急待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多用途擾動觀測器的永磁同步電機無差拍電流預測控制方法，在安裝位置傳感器時，盡管電機參數不匹配，仍可通過無差拍電流預測控制實現精確的電流調節；以及在沒有配備位置傳感器但具有較好電機參數估計時，可以準確提取轉子位置進行無位置傳感器控制。

為了解決上述技術問題提出的技術方案為：

一種基于多用途擾動觀測器的永磁同步電機無差拍電流預測控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

(1)建立永磁同步電機無差拍電流預測控制數學模型；

(2)基于無差拍預測控制理論，設計電流環控制器；

(3)基于滑模變結構控制理論，設計滑模擾動觀測器，并通過設計李雅普諾夫函數保證滑模擾動觀測器的穩定性；

(4)使用電流環控制器和滑模擾動觀測器分別實現魯棒電流控制和無位置傳感器控制。

在步驟(1)中，所述建立永磁同步電機無差拍電流預測控制數學模型的方法包括：

(1-1)在α-β兩相靜止坐標系中，建立用復矢量的形式表示的表貼式PMSM的狀態方程：

其中，u_s＝u_sα+j·u_sβ，i_s＝i_sα+j·i_sβ是定子電壓矢量和定子電流矢量，R_s是定子電阻，L_s是定子電感，ω_e是電機轉子轉速，ψ_f是永磁轉子磁鏈大小，j表示一個復數的虛部分量，θ_e為轉子位置；