[发明专利]适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法

权利要求书

1.一种适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法，其特征是，步骤如下：

步骤一、构建永磁同步电机非线性系统状态方程：

永磁同步电机的数学模型表示为

式(1)中，u_d与u_q分别为定子电压的d、q轴分量；R为定子电阻；i_d与i_q分别为定子电流的d、q轴分量；L_d与L_q分别为PMSM的d、q轴电感；ω_r表示转子电角速度；ψ_f表示永磁体磁链；T_e为电磁转矩；p为极对数；J为转动惯量；δ_d与δ_q表示电机电气参数变化引起的建模误差及其他不确定性；δ_n表示电机机械参数变化引起的建模误差、负载扰动及其他不确定性；

永磁同步电机的转矩和磁链表达式分别为

式(3)中，ψ_d与ψ_q分别为定子磁链的d、q轴分量；δ_df和δ_qf分别表示参数变化对磁链造成的扰动；

在此基础上构建永磁同步电机非线性系统的状态方程为

式(4)中，x＝[T_e ψ]^T表示状态量；定义ψ＝ψ_d²+ψ_q²；u(t)＝[u_d u_q]^T表示系统输入量；y＝h(x)＝[y₁y₂]^T＝[T_e ψ]^T表示输出量；δ(t)＝[δ_d δ_q]^T是包含各种不确定项的未知函数，这些不确定项是由模型简化或电气参数不确定等因素引起的；g(x)和f(x)＝[f₁ f₂]^T，分别有

步骤二、求取非线性预测转矩控制的最优控制率：

定义价值函数为

式(7)中，T_d表示预测周期；e(t+τ)＝y(t+τ)-y_r(t+τ)，y(t+τ)和y_r(t+τ)分别为(t+τ)时刻的预测输出和期望输出，有

为简化计算，将式(8)中的预测输出y(t+τ)及期望输出y_r(t+τ)按泰勒级数展开法分别展开，有

为使永磁同步电机系统具有良好的转矩控制性能，非线性预测转矩控制的最优控制率应满足

根据式(7)-(11)求得非线性预测转矩控制率为

步骤三、构建非线性扰动观测器：

为消除电机电气参数变化等不确定性引起的系统稳态误差，构建非线性扰动观测器如下

式(13)中，L为非线性扰动观测器增益，定义L＝[l₁₁l₁₂；l₂₁l₂₂]，l₁₁、l₁₂、l₂₁、l₂₂均为常数；

联立式(12)-(13)，可得

步骤四、构建鲁棒负载扰动观测器：

为消除电机机械参数及负载突变引起的系统稳态误差，构建鲁棒负载扰动观测器如下

式(15)中，和分别为ω_r和δ_n的观测值；λ为鲁棒负载扰动观测器增益，且满足λ>0；

步骤五、鲁棒非线性预测转矩控制算法的实现：

为了获得更精确的系统电磁转矩参考值，需将鲁棒负载扰动观测器观测的结果反馈至非线性预测转矩控制率，并对速度PI控制器的输出进行前馈补偿；将经补偿后的转矩参考值代入到价值函数中，并将由非线性扰动观测器观测的结果代入至由式(12)求得的最优控制率中，最终得到鲁棒非线性预测转矩控制算法的控制率为

u(t)＝-[L_gh(x)]^-1·[P(x)+I(x)+D(x)]+C (16)

其中，