[发明专利]一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法

说明书

一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法，包括：建立永磁同步电机的离散电流预测模型，并设计无差拍电流预测控制器；设计滑模扰动观测器来估计定子电流和参数扰动；设计无差拍速度预测控制器；设计滑模扰动观测器来观测负载转矩并补偿。本发明在电机模型参数不匹配的情况下，实现了精确的电流控制；在无差拍速度预测控制器对负载变化敏感的情况下，通过负载转矩观测和补偿来提高速度外环的动、静态性能和抗扰动性能。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，特别涉及一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机因其高功率密度而被广泛应用于伺服系统、电动汽车和工业自动化等场合。在实际的永磁同步电机驱动系统中，电流内环和速度外环的控制性能是决定系统性能的关键。因此，为了实现电流和速度的高动态性能、高稳态精度控制，专家学者们提出了许多控制策略用于电流环和转速环的设计，包括PID控制、超前滞后控制、滑模控制和预测控制等。

在上述控制策略中，基于空间矢量脉宽调制的无差拍预测控制策略(以下简称无差拍预测控制)由于其良好的动态性能、开关频率固定、易于实现、相电流谐波含量低等优点引起广泛的关注。然而，在电流环设计过程中，无差拍电流预测控制需要精确的电机模型。实际中，由于运行过程中温度、磁场饱和程度、永磁体退磁等因素导致模型参数发生变化，导致无差拍预测控制性能下降，如电流跟踪出现稳态误差，系统鲁棒性降低。另外，在速度外环设计中，无差拍速度预测控制对负载变化较为敏感，严重影响控制器稳定性和动、静态性能。

因此，如何消除电机参数误差以及未建模动态对无差拍电流预测控制性能带来的影响，以及如何削弱速度环控制性能受负载变化影响等问题永磁同步电机高性能驱动系统中亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有永磁同步电机预测方法的无法消除电机参数误差以及未建模动态对无差拍电流预测控制性能带来的影响、无法削弱速度环控制性能受负载变化影响的不足，本发明的目的在于提供一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法。在电机存在参数不匹配及控制延迟等问题时，实现精确的电流控制。同时，通过对负载转矩进行观测和补偿，提高无差拍速度预测控制器抗扰动性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1,建立离散的永磁同步电机电流预测模型，并设计电流环控制器，过程如下：

1.1，同步旋转坐标系下PMSM的电压方程表示成如下形式

式中，u_d和u_q为d、q轴定子电压，i_d和i_q为d、q轴定子电流，L_d＝L_q＝L为定子电感，R为定子电阻，ψ_f为永磁体磁链，ω_e为电角速度；

1.2,采用一阶泰勒公式对电流状态方程进行离散化得到离散永磁同步电机电流预测模型如下形式

式中，T_s为电流环采样时间，k表示kT_s时刻的值，(k+1)表示(k+1)T_s时刻的值；

1.3,根据式(3)，电流环控制器输出定子电压如下形式

式中，i_d^*(k+1)和i_q^*(k+1)分别为d、q轴参考定子电流；