[发明专利]一种永磁同步电机的无模型无差拍电流预测控制装置及其方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机(PMSM)的无模型无差拍电流预测控制装置及其方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器、电压传感器和直流电源构成的PMSM驱动系统，其特征是，所述无模型无差拍电流预测控制装置包括：交轴无模型无差拍电流预测控制器、直轴无模型无差拍电流预测控制器、电压调整模快、坐标变换模块和SVPWM调制模块。本发明能提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能，且使系统具有强鲁棒性，实现电动汽车PMSM驱动系统的高性能安全运行。

技术领域

本发明具体地说是一种永磁同步电机的无模型无差拍电流预测控制装置及其方法。

背景技术

电动汽车永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在多种不确定性，主要表现为PMSM的参数不确定性和逆变器非线性。PMSM的参数不确定性主要表征为电机参数的变化，电机负载运行所伴随的温度变化、铁磁材料的磁导率随温度变化及磁路饱和程度不同呈现出的非线性变化是引起电机参数变化的重要原因。逆变器的非线性特性主要来源于功率开关器件设置的死区时间、非理想开关特性以及功率开关器件存在的寄生电容。

预测控制物理概念明确，具有预见性和目的性、高动态响应和易实现的技术优势，在理论上甚至可以实现零电流误差控制，特别适合于要求具有高动态响应的系统。无差拍预测控制作为预测控制的一种，具有开关频率固定、易于在数字控制系统中实现的优点，且电流谐波分量低，在电机参数精确已知且不计及逆变器非线性的理想情况下能够使PMSM驱动系统获得良好的动态与稳态性能。但是，预测控制究其本质仍是基于模型的控制方法，电机参数不确定性和逆变器非线性的存在将引起模型失配，降低基于预测控制的PMSM驱动系统的动态与稳态性能，严重时甚至影响系统的稳定运行。

为了实现计及参数不确定性的PMSM预测控制，解决方案之一是通过多参数同时在线辨识实现预测模型的自适应更新，提升预测控制系统对多参数变化的鲁棒性。另一种解决方案是基于PMSM数学模型设计扰动观测器，在线估计参数不确定性产生的扰动电压再实施前馈补偿，抵消扰动对系统的影响，再基于标称参数模型实施预测控制，提升系统的动态与稳态性能及对参数变化的鲁棒性。但是，无论是基于多参数在线辨识实现预测模型的自适应更新方案还是基于扰动观测器的预测控制方案，均存在系统控制结构复杂及待整定参数多的技术不足，且依赖于逆变器输出电压的准确获取。然而对于PWM逆变器供电的PMSM驱动系统，逆变器输出电压不仅难以直接测量且难以实现与电机相电流的同步采样，若采用逆变器交轴电压指令、逆变器直轴电压指令替代逆变器输出电压，又面临多参数变化条件下克服逆变器非线性影响的关键技术挑战。此外，建立仅与每个开关周期内电机电流变化相关的预测模型，再设计预测控制器也是解决具有参数不确定性的系统控制的方案，但是这些方法均未计及逆变器非线性对于基于预测控制的PMSM驱动系统性能的影响。

发明内容

本发明是为了克服现有电动汽车PMSM驱动系统电流控制方法的不足，提出一种永磁同步电机的无模型无差拍电流预测控制装置及其方法，基于无模型无差拍电流预测控制提升电动汽车PMSM驱动系统的动态和稳态性能，且兼顾提高系统鲁棒性，从而实现电动汽车PMSM驱动系统的高性能安全运行。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种永磁同步电机的无模型无差拍电流预测控制装置，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器、电压传感器和直流电源构成的PMSM驱动系统，其特点是，所述无模型无差拍电流预测控制装置包括：交轴无模型无差拍电流预测控制器、直轴无模型无差拍电流预测控制器、电压调整模块、坐标变换模块和SVPWM调制模块；

在第k个采样周期T_k，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流i_a[k]和定子b相电流i_b[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流i_d[k]和实际定子交轴电流i_q[k]；