[发明专利]一种异步电机重复预测控制方法

说明书

本发明公开了一种异步电机重复预测控制方法，提出了在速度环设计重复控制系统，在重复控制的基础上设计了预测控制。本发明利用重复控制的优点，实现了比较高的稳态精度，但由于重复控制的相位滞后，参数变化以及外部干扰等因素导致控制系统存在建模误差，以致于控制对象的数学模型G_n(s)不能精确地表达实际对象G(s)，因此在重复控制的基础上设计预测控制，实现瞬态性能以及建模误差的补偿，进一步提高了控制系统的动态性能，这种控制策略有效地增强了控制系统对外部干扰的抑制特性，满足了感应电机控制系统的高性能要求。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种异步电机重复预测控制方法。

背景技术

感应电机是一个典型非线性系统，其最明显的特点是阶数高、耦合度强变量多。随着异步电机的广泛应用，对于异步电机的控制策略的研究也成为了当下讨论的热点。但传统的控制策略无法实现调速系统的高性能控制，它们在系统性能、控制器参数及鲁棒性能等许多方面存在问题，因此迫切需要一类能够应用于调速系统的先进控制策略。

重复控制是20世纪提出的一种新的控制思想，其主要是由内模原理衍生出来，实质是在控制器中引入一个反馈回路，要求反馈回路为时延正反馈类型。通过记忆特性的误差累积来逐步消除给定值和反馈值的误差，最终实现对周期信号的跟踪或抑制。作为一种应用广泛的控制方法，重复控制具有控制算法简单、参数时变影响小、参数的计算量小、稳态精度高、适合于周期性信号控制等优点，因此受到了国内外学者的广泛关注。

预测控制是近年来发展起来的一类新型的控制算法。由于它采用多步测试、滚动优化和反馈校正等控制方法而控制效果好，适用于控制不易建立精确数字模型且比较复杂的工业生产过程，所以它的出现就受到国内外工程界的重视，并已在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统得到了成功的应用。本发明将预测控制与重复控制结合以增强矢量控制系统的动稳态性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种异步电机重复预测控制方法，解决现有技术存在的无法很好的控制转速而导致系统稳态精度低，动态性能差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种异步电机重复预测控制方法，基于矢量控制系统的速度环设计重复控制系统，在重复控制的基础上设计预测控制，具体按照如下步骤操作：

步骤1：列写感应电机在两相旋转坐标系下的数学模型；

步骤2：基于步骤1得到的旋转坐标系下的数学模型，解耦得到转差表达式以及定子电流和转子磁链的关联表达式，实现电机的解耦控制；

步骤3：根据内模原理得到感应电机重复控制系统的内模结构转递函数；

步骤4：根据预测控制的离散数学模型，得到第k+1时刻的状态变量预测值，由此实现重复预测控制。

本发明的特点还在于，

步骤1的列些感应电机在两相旋转坐标系下的数学模型如下，

磁链方程式：

电压方程式：

式中，u_dα、u_dβ、u_zα、u_zβ为定、转子两相电压；i_dα、i_dβ、i_zα、i_zβ为定、转子两相电流；ψ_dα、ψ_dβ、ψ_zα、ψ_zβ为定、转子两相磁链；p表示微分算子；R_s、R_z为定、转子电阻，L_s、L_z为定、转子电感，ω_r为转子角速度。