[發明專利]一種魯棒的永磁同步電機無模型預測控制方法及系統

在審

• 申請號: 202310059081.1
• 申請日: 2023-01-20
• 公開（公告）號: CN115955155A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 吳軒;陳波伊;楊美周;吳婷;黃守道;黃晟;汪逸哲
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18;H02P25/022
• 代理公司: 湖南盈奧知識產權代理事務所(普通合伙) 43282
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種魯棒的永磁同步電機無模型預測控制方法及系統，該方法在電機數學模型基礎上建立超局部模型，通過帶自適應指數趨近率的自適應滑模觀測器觀測模型中的集總擾動，并對模型進行前饋補償；然后結合無差拍的控制思想和一步延時補償的方法，使用超局部模型預測得到參考電壓矢量；最后根據參考電壓矢量確定所處空間電壓矢量六邊形中的扇區，進而基于帶垂直優化的過調制策略，利用扇區的兩個相鄰電壓矢量和零矢量的占空比，得到開關控制信號用于電機控制。本發明從模型預測和調制輸出兩個方面改進了傳統的基于超局部模型的無模型預測控制方法，不僅進一步提高了系統魯棒性，且在過調制工況下具有優良的動態性能。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機電流控制技術領域，具體涉及一種魯棒的永磁同步電機無模型預測控制方法及系統。

背景技術

目前，表貼式永磁同步電機(SPMSM)因其功率密度大、調速范圍寬等優點被廣泛應用于工業傳動領域。其中，在永磁同步電機的驅動中，位于控制結構的電流環起著非常重要的作用，直接影響電機驅動系統的動態和穩態性能。目前，預測控制是一種響應迅速、概念簡單、算法容易實現的控制方法，且逐漸成為永磁同步電機控制的主流方式。

然而，預測控制的動態和穩態性能嚴重依賴于永磁同步電機數學模型的準確性，在永磁同步電機實際工程應用中，電機參數如電阻、電感等，隨溫度、電磁場變化而發生變化時，會導致電機模型參數失配，繼而造成電流環出現跟蹤靜差、控制性能下降，甚至導致系統不穩定。

無模型預測控制方法是一種不需要電機參數，能夠較高效地提高系統魯棒性的方法。如今，無模型預測控制主要有電流差值和超局部模型兩種類型的方法。電流差值法是利用存儲的每個電壓下的電流差值進行預測，該方法存在電流尖峰以及電流更新遲滯的問題。超局部模型法利用超局部模型替代傳統的電機模型，通過得到的集中擾動進行下一個周期的預測，該方法的控制性能與集中擾動觀測值計算的準確精度有關。

并且隨著無模型預測控制的發展，由于預測控制的等效高增益和功率轉換器電壓驅動的限制，預測的參考電壓將在響應負載沖擊時進入過調制區域，此時大部分研究所采用的SVM在過調制區域的控制效果表現不佳，然而對于過調制下的控制性能下降的問題，在基于超局部模型的無模型預測控制中鮮少被討論。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，即大部分現有研究所采用的SVM在過調制區域的控制效果表現不佳的技術問題，提供一種魯棒的永磁同步電機無模型預測控制方法及系統。該方法采用滑模觀測器快速低抖振地觀測出擾動值，較好地提高了系統的魯棒性；且采用改進的調制輸出方式，在不影響穩態性能的基礎上改善了系統在過調制下的動態性能。

本發明技術方案提供的一種魯棒的永磁同步電機無模型預測控制方法，其無模型預測部分包括超局部模型和滑模觀測器；調制輸出部分是一種基于垂直優化的過調制策略的調制輸出方法。

第一方面，本發明技術方案提供的所述永磁同步電機無模型預測控制方法包括：

步驟1：在采樣周期內對永磁同步電機的三相電流和電壓分別進行采樣，并進行坐標變換得到兩相dq坐標系下d軸、q軸的采樣電流i_d(k)、i_q(k)和采樣電壓u_d(k)、u_q(k)；

步驟2：將所述d軸、q軸的采樣電流i_d(k)、i_q(k)和d軸、q軸的所述采樣電壓u_d(k)、u_q(k)輸入基于超局部模型構建的滑模觀測器，觀測得到下一時刻dq坐標系下的定子電流值和集中擾動；

步驟3：將所述定子電流值和所述集中擾動代入歐拉離散化后的超局部模型得到d軸、q軸的參考電壓值