[發明專利]一種永磁同步電機的模型預測電流控制方法

有效

• 申請號: 202010437318.1
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111600523B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 楊凱;楊帆;姜峰;柳岸明;辜成林;李健;熊飛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/13;H02P25/022
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了一種永磁同步電機的模型預測電流控制方法，該方法包括如下步驟：通過獲取d軸電流擾動項和q軸電流擾動項；獲取永磁同步電機的三相相電流、三相線電壓和轉速信號，利用線性擴張狀態觀測器得到d軸電流觀測值、q軸電流觀測值、d軸電流擾動項觀測值和q軸電流擾動項觀測值；進而獲取擾動控制器的d軸輸出值和q軸輸出值，利用電感提取算法獲取電感預測值，并結合增量預測模型得到d軸電流預測值和q軸預測電流值；利用電感預測值、d軸電流預測值和q軸預測電流值對永磁同步電機的開關信號進行調整，以實現永磁同步電機的閉環控制，從而提高永磁同步電機模型預測電流控制算法的魯棒性。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機領域，具體涉及一種永磁同步電機的模型預測電流控制方法。

背景技術

近年來，隨著我國對稀土永磁材料的不斷開發與應用，永磁同步電機電機在功率密度和效率等性能已經超過常規的感應電機、直流電機。因此永磁同步電機被廣泛的應用于工業領域，例如高性能數控機床、工業機器人、電動汽車等。在工業領域的大量應用對永磁同步電機的控制性能提出了更高的要求。工業上對永磁同步電機控制系統不僅僅要求其具有良好的穩態精度，還要求具有優良的動態性能，以適應更復雜、環境更惡劣的場合。

常用的永磁同步電機控制系統由外環轉速環和內環電流環組成。其中內環的帶寬是影響控制系統動態性能的關鍵因素。目前永磁同步電機控制系統大都采用磁場定向控制，通過將三相定子電流變換到同步旋轉坐標系下再使用PI調節器對電機的d、q軸電流分別進行控制，從而實現電機勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦，簡化控制過程、提高控制精度。但由于數字控制系統的固有延時，如保持、量化、死區、濾波等延時嚴重影響電流環的帶寬。因此在數字控制系統中，為了提高控制性能，就要使得控制算法的運行時間盡可能的短。模型預測電流控制算法是一種能夠有效的提高電流環的動態性能的算法，因而被工業中廣泛研究。

然而，模型預測電流控制算法過于依賴模型的參數。在永磁同步電機的運行過程中，隨著永磁同步電機負載、環境溫度的變化，永磁同步電機的電樞電阻、電樞電感等電氣參數會隨著永磁同步電機的工況變化而變化，因此提高永磁同步電機模型預測電流控制算法的魯棒性是使其能夠被廣泛應用于工業生產中的前提。

在現有的提高永磁同步電機模型預測電流控制算法的魯棒性方法中，傳統觀測器法(如滑模觀測器SMO，Luenberger觀測器等)、在線參數辨識法被廣泛應用。但在傳統觀測器法提高算法魯棒性的方法中，龍伯格觀測器法魯棒性較差而滑膜觀測器的抖振對系統動態性能的影響，有可能破壞系統滑動模態的運行條件，從而使系統出現超調過大、過渡過程增長、甚至出現不穩定狀態；而現有的在線參數辨識方法由于辨識矩陣的欠秩，只能辨識出兩個參數，因此對于凸極電機無法辨識出全部的電阻和電感參數。發明專利201711252132.34提出了一種采用擴展滑膜觀測器提高模型預測電流控制算法，然而在該算法中滑模面趨近率選擇簡單的等速趨近率，并沒有考慮到滑膜的抖振問題；發明專利201910499568.5采用擴張狀態觀測器作為擾動觀測器與無差拍電流預測控制結合，然而在該算法中將觀測器觀測出的擾動項直接補償到電壓方程中，這樣做會在參數誤差過大時，可能無法收斂。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種永磁同步電機的模型預測電流控制方法，旨在解決隨著永磁同步電機負載、環境溫度的變化，永磁同步電機的電樞電阻、電樞電感等電氣參數會隨著永磁同步電機的工況變化而變化，因而導致永磁同步電機模型預測電流控制算法的魯棒性過低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種永磁同步電機的模型預測電流控制方法，該方法包括如下步驟：

S1.獲取永磁同步電機在旋轉坐標系下的電壓方程組，利用所述電壓方程組獲取d軸電流擾動項和q軸電流擾動項；

S2.獲取永磁同步電機的三相相電流、三相線電壓和轉速信號，利用線性擴張狀態觀測器、d軸電流擾動項和q軸電流擾動項，得到d軸電流觀測值、q軸電流觀測值、d軸電流擾動項觀測值和q軸電流擾動項觀測值；