[發(fā)明專利]基于永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識的無電流傳感器預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011086413.8
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112350632B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張承寧;宮振杰;張碩;董岳林;周瑩;李雪萍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13;H02P21/06;H02P25/026
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本發(fā)明提供了一種基于永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識的無電流傳感器預(yù)測控制方法，為解決電流傳感器由于過電壓、操作失誤出現(xiàn)故障等信號誤差造成的不可控性能惡化的問題，利用了電流預(yù)測值代替電流霍爾傳感器檢測的實際電流。考慮到無電流傳感器預(yù)測控制系統(tǒng)不包含任何實際電流信號，當(dāng)電機(jī)實際運行時電感磁鏈參數(shù)發(fā)生變化時，重構(gòu)的三相電流存在啟動電流大以及帶載能力弱等問題。為此，本發(fā)明引入了基于波波夫超穩(wěn)定理的模型參考自適應(yīng)方式來進(jìn)行電機(jī)參數(shù)在線辨識，以解決參數(shù)失配下電流重構(gòu)存在的問題。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法能夠顯著提高在電機(jī)參數(shù)失配時無電流傳感器電流預(yù)測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在電機(jī)運行中參數(shù)發(fā)生變化條件下的無電流傳感器相電流重構(gòu)技術(shù)。

背景技術(shù)

對于現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)電流預(yù)測控制方式來說，通常需要電流傳感器檢測電機(jī)的三相定子電流，并將檢測值通過坐標(biāo)變換反饋至控制器輸入端。然而，一旦電流傳感器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就可能出現(xiàn)過流情況，導(dǎo)致逆變器里的功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)生不可恢復(fù)的故障甚至被損壞，從而明顯降低驅(qū)動控制性能。而采用無電流傳感器的控制方法可以降低成本、簡化硬件系統(tǒng)并避免由電流傳感器的故障或誤差所帶來的上述弊端。由于無電流傳感器預(yù)測控制系統(tǒng)不包含任何實際電流信號，當(dāng)電機(jī)實際運行時電感磁鏈參數(shù)發(fā)生變化，重構(gòu)的三相電流也存在啟動電流大以及帶載能力弱等問題。因此，如何在無電流傳感器預(yù)測控制的基礎(chǔ)上，克服其現(xiàn)有的上述缺點，并有效提高電機(jī)參數(shù)失配時的電流預(yù)測準(zhǔn)確性，是本領(lǐng)域中尚待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于永磁同步電機(jī)參數(shù)辨識的無電流傳感器預(yù)測控制方法，具體包括以下步驟：

步驟一、首先通過離線辨識方式采集定子電感、轉(zhuǎn)子磁鏈2個靜態(tài)參數(shù)作為系統(tǒng)初始值和用于模型參考自適應(yīng)原理的參考值；在線采集永磁同步電機(jī)A相相電流作為α軸電流，并采集轉(zhuǎn)子電角速度、轉(zhuǎn)子位置角參數(shù)；

步驟二、在α、β坐標(biāo)系下構(gòu)建永磁同步電機(jī)的參考模型，以及與該參考模型具有相同形式的自適應(yīng)觀測模型，利用步驟一中所采集的參數(shù)，對觀測模型中的定子電感、轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行在線辨識；基于波波夫超穩(wěn)定定理使觀測模型對參考模型進(jìn)行自適應(yīng)跟隨，使觀測模型與參考模型之間的電流誤差收斂于零，以實現(xiàn)對觀測模型中定子電感與轉(zhuǎn)子磁鏈兩個辨識參數(shù)的調(diào)節(jié)；

步驟三、利用步驟二辨識的定子電感與轉(zhuǎn)子磁鏈參數(shù)建立無差拍電流預(yù)測控制模型，在某一時刻將預(yù)測的d、q軸電流替代電流傳感器所實際采集的A、B相相電流并經(jīng)過坐標(biāo)變換所得的d、q軸電流，并計算下一時刻的d、q軸電壓。

進(jìn)一步地，所述步驟二具體包括：

首先建立參考模型永磁同步電機(jī)在α、β坐標(biāo)系下的電壓方程：

式中，u_α、u_β為α、β坐標(biāo)系下定子電壓；i_α、i_β為α、β坐標(biāo)系下定子電流；ψ_f為轉(zhuǎn)子磁鏈；R為定子電阻；L為定子電感；ω_r為轉(zhuǎn)子電角速度；θ為轉(zhuǎn)子位置角；

則對應(yīng)的自適應(yīng)觀測模型為：

式中，為可調(diào)轉(zhuǎn)子磁鏈，為定子電感，為α-β坐標(biāo)系下觀測定子電流。

設(shè)計模型參考自適應(yīng)律：

pe＝Ae-W (3)

式中，p為微分算子，e為狀態(tài)變量誤差，A為參考模型系數(shù)矩陣，W為包括帶辨識參數(shù)的矩陣；

為滿足波波夫超穩(wěn)定定理的條件，保證模型參考自適應(yīng)狀態(tài)變量誤差收斂到零，要使參數(shù)辨識模塊穩(wěn)定的必要條件是輸入W和輸出e的內(nèi)積滿足波波夫積分不等式：