[發(fā)明專利]基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111262488A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉旭東;于海生;趙楊
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法及系統(tǒng)，涉及永磁同步電機轉速和電流控制技術領域，具體方案為：獲取永磁同步電機在同步旋轉坐標系下的d軸電流、q軸電流以及實際運行中的轉速；將獲取的永磁同步電機的轉速、d軸電流和q軸電流輸入到擾動觀測器，得到擾動量；將給定的電機轉速參考值、給定d軸電流、電機的轉速、d軸電流、q軸電流和擾動量輸入到預測控制器模塊，得到d軸電壓和q軸電壓，用于永磁同步電機的控制；本公開解決了現(xiàn)有技術中轉速和電流單獨控制的問題，采用單環(huán)控制結構，替代了傳統(tǒng)轉速環(huán)和電流環(huán)的級聯(lián)控制，實現(xiàn)了電機轉速在面臨參數(shù)和負載擾動等復雜工作環(huán)境下的快速跟蹤控制。

技術領域

本公開涉及永磁同步電機轉速和電流控制技術領域，特別涉及一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現(xiàn)有技術。

永磁同步電機作為一類典型的復雜非線性系統(tǒng)，具有高階、多變量、強耦合等特點，矢量控制策略通常用于永磁同步電機轉速控制中，并采用轉速環(huán)和電流環(huán)級聯(lián)的系統(tǒng)結構。同時，由于比例-積分(PI)控制具有方法簡單、可靠性強等優(yōu)點，常用于永磁同步電機轉速環(huán)和電流環(huán)控制中。

但是，本公開發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著永磁同步電機應用的進一步拓展，目前已應用于電動汽車、機器人、航空航天等領域，這對電機控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，如高動態(tài)性、低諧波、強魯棒性等。另外，受電機參數(shù)時變和外部負載擾動等因素的影響，容易造成PI控制方法的性能下降，因此，傳統(tǒng)的PI控制方法已不能滿足一些場合對電機系統(tǒng)性能的要求。模型預測控制方法因具有動態(tài)性能好，能有效處理約束等優(yōu)點，近年來已被廣泛應用于電力電子和電機控制等領域。在目前針對永磁同步電機的研究中，大多將模型預測控制方法用于電機轉速環(huán)或電流環(huán)的控制中，取代PI控制方法，系統(tǒng)仍采用級聯(lián)控制結構。這種結構存在的問題是轉速和電流單獨控制，系統(tǒng)不能作為一個整體來控制，其動態(tài)性能必將受到級聯(lián)回路帶寬的限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術的不足，本公開提供了一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法及系統(tǒng)，基于模型預測控制方法設計永磁同步電機轉速電流整體控制器，采用單環(huán)控制結構，替代了傳統(tǒng)轉速環(huán)和電流環(huán)的級聯(lián)控制，實現(xiàn)了電機轉速在面臨參數(shù)和負載擾動等復雜工作環(huán)境下的快速跟蹤控制。

為了實現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法。

一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取永磁同步電機在同步旋轉坐標系下的d軸電流、q軸電流以及實際運行中的轉子機械角速度；

將獲取的永磁同步電機的轉子機械角速度、d軸電流和q軸電流輸入到擾動觀測器，得到擾動量；

將給定的電機轉速參考值、給定d軸電流、電機的轉速、d軸電流、q軸電流和擾動量輸入到預測控制器模塊，得到d軸電壓和q軸電壓，用于永磁同步電機的控制。

本公開第二方面提供了一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制系統(tǒng)。

一種基于模型預測控制的永磁同步電機非級聯(lián)控制系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，被配置為：獲取永磁同步電機在同步旋轉坐標系下的d軸電流、q軸電流以及實際運行中的轉子機械角速度；

擾動量計算模塊，被配置為：將獲取的永磁同步電機的轉子機械角速度、d軸電流和q軸電流輸入到擾動觀測器，得到擾動量；

預測控制模塊，被配置為：將給定的電機轉速參考值、給定d軸電流、電機的轉速、d軸電流、q軸電流和擾動量輸入到預測控制器模塊，得到d軸電壓和q軸電壓，用于永磁同步電機的控制。