[發明專利]一種永磁同步電機時域自適應的多步預測控制方法

在審

• 申請號: 202210905747.6
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115296581A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 汪鳳翔;魏堯;柯棟梁;于新紅;黃東曉
• 申請（專利權）人: 泉州裝備制造研究所
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

1.一種永磁同步電機時域自適應的多步預測控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S1、構建預測電流為基礎的電流環控制算法，判斷當前處于控制時域內的第幾個采樣周期，若為控制時域內第一個采樣周期，則進入步驟S2，否則進入步驟S4；

步驟S2、利用滯環對當前工作狀態進行判斷，若當前系統工作在暫態，則更新預測時域和控制時域，若系統進入穩態，則當前時域維持之前狀態，預測時域和控制時域均保持不變；

步驟S3、進行多步模型預測和代價函數計算，選取最優矢量；

步驟S4、控制矢量保持第一個周期內選定的最優矢量不變，并根據確定的最優矢量，在控制時域內其他采樣周期內逐步選取權重因子，直至控制時域內最后一個采樣周期，更新模型預測過程內權重因子，從而影響最優矢量的選取。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S2中“利用滯環對當前工作狀態進行判斷”具體為：當轉速誤差上升并大于高位閾值時，判定當前系統工作在暫態；當轉速誤差下降并小于低位閾值時，判定系統進入穩態。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S2中的預測時域和控制時域具體采用如下公式得到：

其中，PH(k)和CH(k)分別為第k個采樣周期的預測時域步長和控制時域步長，ΔPH為預測時域變化步長，ΔCH為控制時域變化步長；steady-state為穩態，transient-state#1為暫態1，transient-state#2為暫態2；其中，當轉速誤差上升并大于高位閾值時，為暫態1，當轉速誤差下降并大于低位閾值時，為暫態2，其余情況均為穩態；

所述預測時域通過時間T乘以預測時域步長PH(k)得到；

所述控制時域等于時間T乘以控制時域步長CH(k)得到。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述預測時域變化步長ΔPH和控制時域變化步長ΔCH具體采用如下方式獲得：

ΔCH＝C₁ΔPH；

其中，C和C1為調整系數，滿足條件0C1≤1，C為正整數，E_isq、E_isd分別表示定子電流q軸分量和d軸分量的誤差，sgn表示符號函數，n為大于1的正整數。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：所述步驟S3中具體如下：

步驟S31、設定模永磁同步電機離散時間模型為：

其中，u_sd和u_sq分別為d-q坐標軸下的電壓；i_sd、i_sq分別為d-q坐標軸下的電流；L_sd、L_sq分別是d-q坐標軸下的定子電感參數；R_s為定子電阻；ψ_f為永磁體磁鏈；ω_r為電角速度，T_s為采樣時間；

步驟S32、設計代價函數為：

其中，J為代價函數值，Q_j為一組收斂至零的權重，λ為最優權重，為isq的參考值；

代價函數中中括號內的第一項和第二項分別是q軸和d軸定子電流分量跟蹤對應的給定值；

步驟S33、根據預測時域步長PH(k)，循環執行PH(k)次的離散時間模型計算和代價函數計算，并帶入在上一控制時域內計算所得的最優權重分別計算各個矢量的代價函數值J，具有最小的代價函數值的矢量作為最優矢量，最優矢量對應的開關狀態將作用到電機驅動器，調整電機的工作狀態。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S4中“更新模型預測過程內權重因子”具體為：采用在線二分法在每個采樣周期內，基于控制時域內第一個采樣周期確定的最優矢量，分別在代價函數中帶入權重因子確定最優值，首先帶入測試范圍內最大值和最小值進行比較，將具有較小代價函數值權重與代入中間值的代價函數值進行比較，確定二者較小值，以此類推，在有限的處理器資源下盡可能選取高精度的最優權重。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述最優矢量為最優電壓矢量。