[發(fā)明專利]一種高動(dòng)態(tài)低計(jì)算量的PMSM控制方法

有效

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• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113472248B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪遠(yuǎn)林;馬志炳;竇滿峰;周博;吳旋
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P6/34;H02P25/022
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明公開了一種高動(dòng)態(tài)低計(jì)算量的PMSM控制方法，首先建立PMSM離散數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行時(shí)間最優(yōu)動(dòng)態(tài)軌跡規(guī)劃，接下來分別在電壓限幅條件下和電流限幅條件下對時(shí)間最優(yōu)軌跡求解，得到最終的PMSM控制方法。本發(fā)明采用單步模型預(yù)測電流控制，在考慮電壓和電流限幅的情況下，獲得最快速的瞬時(shí)電流和轉(zhuǎn)矩的跟隨，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全局時(shí)間最優(yōu)軌跡的迭代計(jì)算，提高動(dòng)態(tài)性，相比PI調(diào)節(jié)器，具有更優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PMSM控制方法。

背景技術(shù)

永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)具有效率高、可靠性好、功率因數(shù)大、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。PMSM數(shù)學(xué)模型具有非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，使得其控制復(fù)雜。在PMSM驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，為了獲得更好的控制性能，許多線性/非線性控制方法被用于PMSM的驅(qū)動(dòng)，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模型預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。

在強(qiáng)耦合的被控對象中，動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程中的快速性與超調(diào)兩個(gè)指標(biāo)是矛盾的，無法兼顧。采用比例積分(PI)控制的矢量控制方法是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的控制方法，設(shè)計(jì)簡單可靠性強(qiáng)。但由于數(shù)字離散積分器存在固有的飽和相應(yīng)，制約了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。直接轉(zhuǎn)矩控制采用轉(zhuǎn)矩和磁鏈的滯環(huán)比較控制，控制方法簡單，但是實(shí)際控制過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)非常大。魯棒自適應(yīng)控制適用于解決系統(tǒng)模型中不確定性問題，可以實(shí)現(xiàn)對PMSM轉(zhuǎn)子位置及速度的有效跟蹤，既能夠保證不確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性而且能夠根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需求修正控制規(guī)律及參數(shù)。但此方法強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能沒有過多的提升。模型預(yù)測控制策略作為繼矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制之后最優(yōu)的控制策略，其可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的非線性控制，控制方法靈活，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力更好。

已有的中國專利CN110535396A提出“基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表面式永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制方法”與本文相近。該發(fā)明采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模型預(yù)測控制相結(jié)合設(shè)計(jì)了PMSM驅(qū)動(dòng)方法，可提升準(zhǔn)確性，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的引入，增加了控制方法的復(fù)雜度，增加了計(jì)算量，且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程耗費(fèi)大量時(shí)間。因此，該發(fā)明專利的實(shí)用性低，不易普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高動(dòng)態(tài)低計(jì)算量的PMSM控制方法，首先建立PMSM離散數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行時(shí)間最優(yōu)動(dòng)態(tài)軌跡規(guī)劃，接下來分別在電壓限幅條件下和電流限幅條件下對時(shí)間最優(yōu)軌跡求解，得到最終的PMSM控制方法。本發(fā)明采用單步模型預(yù)測電流控制，在考慮電壓和電流限幅的情況下，獲得最快速的瞬時(shí)電流和轉(zhuǎn)矩的跟隨，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全局時(shí)間最優(yōu)軌跡的迭代計(jì)算，提高動(dòng)態(tài)性，相比PI調(diào)節(jié)器，具有更優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

步驟1：建立PMSM離散數(shù)學(xué)模型；

對PMSM的連續(xù)域數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用前向歐拉公式進(jìn)行離散化得到離散數(shù)學(xué)模型：

i_s(k+1)＝A_ei_s(k)+B_eu_s(k)+C_e (1)

式中：

C_e＝[0 -ψ_fT_sω_e(k)/L_q]^T

i_s(k)＝[i_d i_q]

u_s(k)＝[u_d u_q]^T