[發明專利]一種永磁同步電機快速雙矢量無模型預測控制方法

在審

• 申請號: 202210433771.4
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114785229A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張曉;陶然;郭濤;呂炳欣;陶澤;江奕葦;王強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 何君

本發明公開了一種永磁同步電機快速雙矢量無模型預測控制方法，該方法應用于永磁同步電機的控制系統當中，通過引入無模型控制思想來得到永磁同步電機的狀態方程，同時為簡化調諧，將方程中的未知項F基于擴張狀態觀測器進行設計。之后將快速矢量選擇方法與雙矢量預測控制方法相結合，形成了快速雙矢量無模型預測控制，在提升系統性能的同時實現了算法簡化。本發明的方法結構簡單、計算量小、易于實現，運用于PMSM控制系統當中，具有系統動態響應快、魯棒性強的技術優勢的同時，兼具降低電機轉矩脈動和減少算法耗時的優勢。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機控制方法，具體是一種永磁同步電機快速雙矢量無模型電流預測控制方法。

背景技術

永磁同步電機(Permanet-Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有體積小、效率高、過載能力強等優勢，在中小功率、高精度、寬調速范圍伺服控制系統以及高性能專業驅動領域獲得了較為廣泛的關注和研究。

目前，PMSM驅動系統的常用算法是矢量控制和直接轉矩控制。矢量控制將定子電流分解為勵磁電流分量和轉矩分量分別控制，具有較好的穩態運行能力，但其動態性能容易受到電流內環的影響。直接轉矩控制將電機和逆變器視為一個整體，對電機的電磁轉矩和磁鏈進行直接控制，避免了矢量控制中復雜的坐標變換和電流環，具有較好的魯棒性和響應速度，但通常具有較大的轉矩脈動。近年來，模型預測控制(Moedl PredictiveControl，MPC)因其在處理非線性系統復雜約束優化方面表現出極大的優勢，故在電力電子和電機驅動領域正逐步受到關注。MPC誕生于上世紀六十年代，隨著微控制器的高速發展近年來在電力電子中的應用成為研究熱點。MPC技術應用于永磁同步電機控制系統，能夠提供高速動態響應和優異的穩態性能，MPC應用于PMSM控制系統的研究具有重要的應用價值。

然而，傳統的MPC非常依賴機器參數的準確性。實際上，機器參數可能會隨著操作點和環境而發生變化；例如，溫度變化時會影響到電機的定子電阻以及定子電感，如果不考慮到參數的變化，MPC的性能會發生較為顯著的惡化，可能會出現電機運行期間噪聲增加，電流會產生穩態誤差等一系列問題。

發明內容

針對上述現有技術的改進需求，本發明提供了一種PMSM快速雙矢量無模型電流預測控制方法。該控制方法僅需使用系統的輸入和輸出，不需考慮電機參數，同時在一個控制周期內作用了兩個電壓矢量，并且運用了快速矢量選擇的方法對參考電壓矢量定位。相比與傳統控制方法，抗參數變化的魯棒性得到了提升、同時兼顧了受控系統的穩態控制精度和算法快速性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種PMSM快速雙矢量無模型電流預測控制方法，具體包括：

步驟一：基于PMSM系統的輸入和輸出，建立PMSM驅動系統的電流超局部模型，之后基于超局部模型設計PMSM系統的無模型電流預測方程。

步驟二：將快速矢量選擇方法與雙矢量預測控制方法相結合，通過步驟一所述的無模型預測方程推導得出參考電壓矢量U_ref，之后通過快速矢量選擇方法定位扇區，通過價值函數選出第一電壓矢量Vopt1，計算第一電壓矢量Vopt1分別與7種有效電壓矢量的雙矢量組合與相應作用時間下的合成矢量組合，選出第二電壓矢量Vopt2，最終將第一電壓矢量V_opt1和第二電壓矢量V_opt2以及對應的作用時間t₁和t₂輸出到脈沖發生器控制的逆變器中完成預測。

進一步地，所述步驟一具體包括：根據PMSM系統的輸入和輸出，建立PMSM驅動系統的電流超局部模型，其中未知項F是基于擴張狀態觀測器進行設計，之后利用一階歐拉離散方法建立出PMSM的無模型電流預測方程。

進一步地，所述步驟二具體包括：

a.將快速矢量選擇方法與雙矢量預測控制方法相結合，通過式(4)計算參考電壓矢量U_ref；