[發明專利]一種SMPMSM驅動系統無模型預測轉矩控制方法

在審

• 申請號: 202210914035.0
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115208261A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李紅梅;楊利國;王先玲;周亞男;楊彪
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/14
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 吳娜;張祥騫

本發明涉及一種SMPMSM驅動系統無模型預測轉矩控制方法，該方法包括下列順序的步驟：(1)在基于定子磁場定向的同步速旋轉xy坐標系下，建立SMPMSM驅動系統的超局部模型；(2)在SMPMSM驅動系統的超局部模型基礎上，進行可變時間間隔的離散空間矢量調制無模型預測轉矩控制。本發明能夠實現SMPMSM驅動系統的無模型預測轉矩控制，擺脫對系統模型參數的依賴性，有效提升電機轉矩控制的動態性能和魯棒性；所提出的可變時間間隔離散空間矢量調制方法能夠實現電機轉矩和定子磁鏈穩態性能的同時提升。

技術領域

本發明涉SMPMSM驅動系統技術領域，尤其是一種SMPMSM驅動系統無模型預測轉矩控制方法。

背景技術

隨著微處理技術的革命性發展和計算能力的不斷增長，能夠實現非線性多約束系統實時控制的模型預測控制(Model Predictive Control,，MPC)獲得了越來越多的應用。伴隨著MPC的發展，模型預測轉矩控制(Model Predictive Torque Control，MPTC)逐漸應用于永磁同步電機的控制，MPTC的PMSM驅動系統，不僅保持了直接轉矩控制的高動態響應優勢，而且可以實現更精確的逆變器電壓矢量選擇與轉矩控制。對于有權重因子的MPTC，其代價函數中至少包含磁鏈與轉矩兩個控制目標，量綱不同，而且系統運行時的工況復雜，特定運行工況下的系統動穩態控制性能需求不相同，導致權重因子整定困難。為此，無權重因子的FCS-MPTC獲得了研究關注。

目前無權重因子的有限控制集模型預測轉矩控制(Finite Control Set ModelPredictive Torque Control，FCS-MPTC)技術存在以下缺陷：第一，將定子磁鏈限制在一定滯環帶內，僅將電機轉矩作為控制目標，雖然避免了權重因子整定，但定子磁鏈脈動較大；第二，將定子磁鏈與電機轉矩兩個控制目標轉化成為定子磁鏈矢量單一控制目標，實現了無權重因子的代價函數設計，但需枚舉逆變器所有開關狀態。

將定子磁鏈與電機轉矩誤差代價函數轉化成為逆變器參考電壓矢量誤差的代價函數，是實現無權重因子的FCS-MPTC的另一條有效途徑。但是，FCS-MPTC的PMSM驅動系統，存在穩態轉矩和磁鏈脈動較大的不足，此外，PMSM驅動系統不確定性與未知擾動并存所引起的模型失配，將導致定子磁鏈與電機轉矩預測精度的下降，直接影響系統的控制性能及魯棒性。現有技術利用增量模型消除永磁體磁鏈參數的失配影響，再通過滑模觀測器消除電感參數失配影響，但是現有技術沒有統籌考慮系統未建模動態、未知擾動和逆變器非線性對系統控制性能的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現模型預測轉矩控制的SMPMSM驅動系統控制性能和魯棒性同時提升，簡化算法實現的SMPMSM驅動系統無模型預測轉矩控制方法。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種SMPMSM驅動系統無模型預測轉矩控制方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)在基于定子磁場定向的同步速旋轉xy坐標系下，建立SMPMSM驅動系統的超局部模型；

(2)在SMPMSM驅動系統的超局部模型基礎上，進行可變時間間隔的離散空間矢量調制無模型預測轉矩控制。

所述步驟(1)具體是指：建立定子磁場定向的同步速旋轉的xy坐標系：在定子磁場定向的同步速旋轉的xy坐標系、轉子磁場定向的同步速旋轉的dq坐標系、兩相靜止αβ坐標系下，θ_s為定子磁場旋轉角度，θ_r為轉子磁場的旋轉角度，δ為定子磁場與轉子磁場的夾角，稱為轉矩角，ω_r，ω_s分別表示轉子和定子旋轉電角速度；

將轉矩參考指令轉化為轉矩角參考指令，將轉矩對時間求導，得到轉矩的變化率為：