[发明专利]一种考虑失磁故障的鲁棒容错预测控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种考虑失磁故障的鲁棒容错预测控制方法及装置，所述方法包括：首先设计了一种复合观测器，所述观测器根据两相旋转坐标系下的电机定子电流、定子电压和电机转速，可同时观测出电压补偿量和下一时刻的电流预测值；然后依据无差拍控制原理，响应电流需快速准确的跟踪指令电流，得到了鲁棒容错预测控制方法，该方法通过加入电压补偿量后可消除系统参数摄动及永磁体失磁对电流矢量造成的影响，用下一时刻的电流预测值来代替当前时刻的采样电流值，可实现电流一拍延时补偿。最后，将得到的新电压指令进行空间矢量脉宽SVPWM调制，从而获得驱动电机工作的6路PWM脉冲信号。本发明实现了电机参数摄动及永磁体失磁情况下的电流快速无静差跟踪，减少了谐波电流，优化了电流环控制性能，可广泛应用于以永磁同步电机为驱动系统的场合。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制设备的技术领域，尤其涉及一种考虑失磁故障的鲁棒容错预测控制方法及装置。

背景技术

永磁同步电机是一个非线性、强耦合的多变量控制对象，通常采用矢量控制的方法可得到电流与电磁转矩之间的直接关系。而电磁转矩快速响应和低转矩脉动是衡量伺服系统性能重要的指标之一。因此，与电磁转矩直接相关的电流环动态特性已成为决定伺服系统动态品质的核心因素。高性能永磁同步电机伺服控制系统要求有快速响应的电流内环，为此需要利用一些先进控制策略来实现。然而，电流预测控制因其能够快速准确地跟踪给定电流信号，并且能兼顾稳定性和具有较小的电流谐波分量等优点得到了广泛关注和研究。

电流预测控制是基于永磁同步电机离散数学模型的一种控制算法，它从理论上提高了电流环带宽和电机的动态性能。但采用电流预测控制时需要准确地使用电机模型的电感、磁链等参数，也需要准确获得电机当前的运行状态。然而，由于永磁同步电机是一个时变的控制对象，因此在实际运行中，电机的参数往往会由于材质的退化或运行工况的不同而发生变化。这将会导致电阻、电感参数摄动及永磁体失磁。电阻、电感参数摄动以及永磁体失磁会造成模型参数失配，进而影响控制系统的性能甚至会使控制系统发散。另外，数字控制系统的延时问题也会对控制系统的性能产生影响。以上问题的存在严重限制了电流预测控制在实际工业上的运用。

目前，还没有一种电流控制方法能够同时解决电阻、电感参数摄动、永磁体失磁以及电流一拍延时的影响。为此，本发明提出一种考虑失磁故障的永磁同步电机鲁棒容错预测控制方法及装置，来同时消除电阻、电感参数摄动、永磁体失磁以及电流一拍延时的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑失磁故障的鲁棒容错预测控制方法及装置，目的是消除电阻、电感参数摄动、永磁体失磁对电流矢量造成的影响，同时可实现电流一拍延时补偿。

具体技术方案如下：

一种考虑失磁故障的鲁棒容错预测控制方法及装置，所述方法包括：首先设计了一种复合观测器，该观测器根据两相旋转坐标系下的电机定子电流、定子电压和电机转速，可同时观测出电压补偿量和下一时刻的电流预测值；然后依据无差拍控制原理，响应电流需快速准确的跟踪指令电流，得到了鲁棒容错预测控制方法，该方法通过加入电压补偿量后可消除系统参数摄动及永磁体失磁对电流矢量造成的影响，用下一时刻的电流预测值来代替当前时刻的采样电流值，可实现电流一拍延时补偿，具体包括以下步骤：

步骤1、根据永磁同步电机数学模型，建立正常情况下的永磁同步电机离散状态方程；

步骤2、根据永磁同步电机离散状态方程，求出正常情况下电流预测控制器输出的电压矢量；

步骤3、建立电感、电阻参数摄动及永磁体失磁时的永磁同步电机数学模型，并建立相应的永磁同步电机离散状态方程；

步骤4、电感、电阻参数摄动及永磁体失磁时，求解电流响应与电流给定之间的偏差；

步骤5、设计复合观测器，观测出参数摄动及永磁体失磁情况下的电压补偿量和下一时刻的电流预测值；