[發明專利]基于算子分解法的永磁同步電機模型預測控制方法和裝置

在審

• 申請號: 202110328312.5
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112994566A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 高樂;馬剛強;馮艷麗;孟慶輝;賈善坤
• 申請（專利權）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P25/022;H02P27/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發明實施例公開了一種基于算子分解法的永磁同步電機模型預測控制方法和裝置，該方法包括：在同步旋轉坐標系下，以永磁同步電機的電壓方程為基礎，建立電機離散狀態方程；構建狀態增量，根據電機離散狀態方程和狀態增量，得到增廣狀態方程，并設計模型預測控制的性能評價函數；將性能評價函數轉化為二次型規劃問題，采用算子分解法求解二次型規劃問題。本發明實施例中，基于算子分解技術求解二次型規劃問題，對于目標函數的正定性或約束的線性無關性沒有要求，無需使用除法就可以求解二次型規劃問題；該方法還可采用熱啟動，有效減少迭代次數，尤其適合于在嵌入式芯片上實現永磁同步電機的實時控制。

技術領域

本發明實施例涉及電機電流控制技術，尤其涉及一種基于算子分解法的永磁同步電機模型預測控制方法和裝置。

背景技術

內嵌式永磁同步電機(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM)具有體積小、結構簡單、功率密度高、調速范圍大等優點，被廣泛應用在運動控制領域。

模型預測控制(Model Predictive Control，MPC)是產生于工業過程控制的在線優化控制算法，具有良好的動態控制性能，能夠處理復雜約束優化控制問題以及非線性控制問題，隨著控制算法改進和嵌入式芯片計算能力提升，MPC已逐步應用于電機控制領域。MPC主要思想是求解二次型規劃(QP)問題。

然而，目前在線求解QP問題非常復雜，受限于嵌入式芯片計算能力，難以應用于電機控制領域，無法在嵌入式芯片上實現對于永磁同步電機的實時控制。

發明內容

本發明實施例提供一種基于算子分解法的永磁同步電機模型預測控制方法和裝置，以解決現有MPC無法在嵌入式芯片上實現對于永磁同步電機的實時控制的問題。

本發明實施例提供了一種基于算子分解法的永磁同步電機模型預測控制方法，包括：

在同步旋轉坐標系下，以所述永磁同步電機的電壓方程為基礎，建立電機離散狀態方程；

構建狀態增量，根據所述電機離散狀態方程和所述狀態增量，得到增廣狀態方程，并設計模型預測控制的性能評價函數；

將所述性能評價函數轉化為二次型規劃問題，采用算子分解法求解所述二次型規劃問題。

進一步地，建立電機離散狀態方程包括：

在所述同步旋轉坐標系下，確定所述永磁同步電機的定子電壓方程；

設定所述定子電壓方程中電機角速度不變，以此得到線性時不變系統的狀態方程；

再采用前向歐拉公式對所述線性時不變系統的狀態方程進行離散化，得到所述電機離散狀態方程。

進一步地，構建狀態增量，根據所述電機離散狀態方程和所述狀態增量，得到增廣狀態方程，并設計模型預測控制的性能評價函數，包括：

構建新的狀態向量和輸出向量，以得到與所述電機離散狀態方程關聯的增廣狀態方程；

根據所述增廣狀態方程，定義所述模型預測控制的性能評價函數。

進一步地，將所述性能評價函數轉化為二次型規劃問題，采用算子分解法求解所述二次型規劃問題，包括：

求解所述性能評價函數，根據所述性能評價函數的解和所述增廣狀態方程，得出閉環控制系統；

若所述閉環控制系統的信號穩定且對信號的跟蹤無靜差，再設計六邊形不等式約束條件；

根據所述六邊形不等式約束條件，將所述性能評價函數轉化為二次型規劃問題；

采用分別迭代更新待求解變量算法和對偶上升優化算法，求解所述二次型規劃問題的優化控制條件，所述優化控制條件中包含變量，再消除所述優化控制條件中的變量。