[發明專利]一種效率優化的PMSM電流預測控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010014414.5
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111211716B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 劉平;覃思雨;黃守道;苗軼如;童林林
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 長沙智路知識產權代理事務所(普通合伙) 43244
• 代理人: 張毅

本發明公開了一種效率優化的PMSM電流預測控制方法及系統，該方法包括：步驟a：建立PMSM系統的總損耗模型；步驟b：基于PMSM效率優化的線性化轉矩和電壓方程；步驟c：建立約束下PMSM最優控制策略；步驟d：約束下最優控制策略的表達式和流程；根據電壓極限橢圓與電流極限圓是否存在交點和/或轉矩曲線與電流極限圓是否存在交點的多種情況，確定最終的目標工作點和電流最優解；步驟e：模型預測控制。此外，還對應方法公開了一種效率優化的PMSM電流預測控制系統，通過本發明的方法及系統獲得的目標工作點更為準確，大大提高了電機效率并減少了損耗，避免了出現因計算誤差而導致的轉矩不穩定甚至震蕩情況的出現。

技術領域

本發明涉及電機控制方法領域，更具體地說，涉及一種效率優化的PMSM電流預測控制方法及系統。

背景技術

隨著能源危機和空氣污染加劇，電動汽車作為下一代新能源的驅動者，前景被廣泛看好。在具有高動態和效率要求的條件下，永磁同步電機(PMSM)已被廣泛用于伺服驅動，電動推進系統等。從全年數據看，2018年新能源乘用車銷量突破百萬輛大關。2018年新能源乘用車銷售100.8萬輛，同比增長88.5％，高于2017年增速。2019年，我國新能源汽車驅動電機裝機總量超過了128萬臺，其中PMSM應用最為廣泛，裝機量超過88萬臺，使用占比達到75％。同時，與感應電機(IM)相比，隨著永磁材料成本的不斷降低，逐漸替代了電勵磁系統，去除了集電環、電刷和勵磁繞組等結構，因而，高功率密度和高轉矩密度等優點更加明顯。由于電機系統效率在很大程度上影響新能源汽車的續航能力，制約其進一步的發展和應用。電機的模型和參數在運行過程中的變化和不確定性將影響到電機控制的精度，因此需要開發先進的控制理論使得在電機模型或參數變化時有良好的性能。

一種PMSM高效率區域調節方法合理使用優化損耗的方法對銅耗、鐵耗、永磁體渦流損耗進行匹配，將高效率區域調節移動至電動汽車給定運行工況所對應的區域，揭示高效率點與周圍點的內在關系，探明高效率點向不同方向運動時電機內銅耗、鐵耗以及永磁體渦流損耗的最優配比，進而總結出調節高效率區域的方法。已有專利(專利號：CN107342667A)，而這種方法可能會使電能損耗減小。但在實時控制過程中大量依賴參數和計算復雜度高，且搜索速度比較慢，不能較好的滿足實際電動汽車實時控制應用需求。

針對如何減少PMSM損耗和提高效率，國內外學者提出了多種策略。其中最佳電流矢量控制方法基于查表法計算MTPA角的控制方法，目標是獲得最佳電流的所需輸出轉矩的最小定子電流，但該方法只考慮了銅損，其余損耗均被忽略。基于神經網絡的效率優化方法，因其計算涉及復雜性神經網絡，在實時控制過程中，對參數有很大的依賴性且不好操作?；诳焖偈噶靠刂菩蕛灮蛄糠?，通過黃金分割技術優化，確定優化方向的梯度搜索技術。這種方法適合做理論分析，在實驗中的參數計算以及黃金分割技術決定的梯度均難以操作，對比于模型預測控制搜索方法較慢，并不能完全準確確定初始效率優化，且電壓諧波會因擾動而引起轉矩脈動。

目前各類永磁同步電機的控制策略存在以下不足:

1.基于搜索法：這種方法僅適合理論分析，在實時控制過程中，大量依賴參數，計算復雜度高。且收斂速度慢，執行時間長，算法性能與初始值有關及參數敏感等缺點。

2.基于遺傳算法：遺傳算法的編程實現比較復雜,首先需要對問題進行編碼,找到最優解之后還需要對問題進行解碼。并且參數的選擇嚴重影響解的品質,而目前這些參數的選擇大部分是依靠經驗。沒有能夠及時利用網絡的反饋信息,故算法的搜索速度比較慢，要得要較精確的解時間較長。

3.基于BP神經網絡算法：由于BP算法本質上為梯度下降法，所要優化的目標函數又非常復雜，因此，必然會出現“鋸齒形現象”，使得BP算法低效；存在麻痹現象，由于優化的目標函數很復雜，會在神經元輸出接近0或1的情況下，出現一些平坦區，在這些區域內，權值誤差改變很小，使訓練過程幾乎停頓，為了使網絡執行BP算法，不能用傳統的一維搜索法求每次迭代的步長，而必須把步長的更新規則預先賦予網絡，這種方法將引起算法低效。