[发明专利]一种永磁同步电机无差拍电流预测控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无差拍电流预测控制系统及其控制方法，系统包括Clark变换模块、Park变换模块、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块、逆变器模块、位置传感器、无差拍控制器、扰动观测器、第一比较器、第二比较器、PI调节器、第一增益模块、第二增益模块和第三增益模块。本发明在传统无差拍预测控制的基础上，引入一种负载扰动观测器用于前馈补偿。在扰动观测器的补偿作用下，无差拍电流预测控制系统不仅具有优越的动态性能，且表现出更强的鲁棒性。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机无差拍电流预测控制系统及其控制方法。

背景技术

永磁同步电动机具有高功率密度、高效率、高可靠性及结构简单、体积小、重量轻等优点，同时近年来永磁材料价格降低，使它愈加成为实现电机系统节能的首选。然而，永磁同步电机是一个多变量、高耦合、非线性的高阶系统，我们通常采用矢量控制方案对其进行解耦，但控制系统仍十分复杂。其中电流环控制部分又尤为重要，它的快速性、准确性、稳定性的优劣直接影响着永磁同步电机系统性能。

传统的电流环控制方案是使用PI调节器，但其响应速度慢，超调大，且采样电流与参考电流间存在较大误差，控制性能不佳；近年来新出现的模型预测控制利用系统内部模型对系统未来状态进行预测，然后筛选出可以最小化目标函数的开关状态，提高控制精度。然而模型预测控制的缺点是缺少滚动优化和反馈校正的环节，当存在外部扰动时，其控制效果将受到影响。也就是说现有的电流环控制技术始终无法达到最佳的电流响应。

发明内容

发明目的：针对传统电流无差拍控制系统抗干扰性差的问题，提供一种具有更快、更稳定的电流环性能的永磁同步电机无差拍电流预测控制系统及其控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁同步电机无差拍电流预测控制系统，包括Clark变换模块、Park变换模块、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块、逆变器模块、位置传感器、无差拍控制器、扰动观测器、第一比较器、第二比较器、PI调节器即转速调节器、第一增益模块、第二增益模块和第三增益模块；所述Clark变换模块的输入端连接永磁同步电机的三相定子电流输出端，Clark变换模块的输出端连接Park变换模块的输入端；所述Park变换模块的输出端连接无差拍控制器输入端，无差拍控制器的输出端连接Park逆变换模块输入端；所述Park逆变换模块的输出端连接脉冲宽度调制模块的输入端，脉冲宽度调制模块的输出端连接逆变器模块的输入端，逆变器模块的输出端连接永磁同步电机的控制端；所述位置传感器的输入端连接永磁同步电机的输出端，位置传感器的电角速度输出端连接第一增益模块的输入端，第一增益模块的输出端连接第二增益模块的输入端和扰动观测器的转速输入端；所述第二增益模块的输出端连接第一比较器的输入端，第一比较器的输出端通过转速调节器连接第二比较器的输入端和扰动观测器的q轴电流输入端；所述第二比较器的输出端连接无差拍控制器，扰动观测器的输出端通过第三增益模块连接第二比较器的前馈输入端。

一种如上所述的永磁同步电机无差拍电流预测控制系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)采集PMSM的三相定子电流信号i_a、i_b、i_c，经过Clark变换输出等效的两相静止坐标系下的定子电流i_α、i_β；

(2)根据步骤(1)所得的两相静止坐标系下的定子电流i_α、i_β经过Park变换输出等效的两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q，再将定子电流i_d、i_q输入到无差拍控制器中；