[发明专利]一种开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于状态空间模型的开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)简化非线性相电感模型；

2)建立基于状态空间模型的电流预测控制器；

3)找寻最优的电压占空比；

在所述步骤2)中，利用电机输入占空比和电机输出电流以及电机参数对状态磁链λ进行估计，即建立基于磁链估计的MPC模型：

u(k+i)＝0,i＝m,m+1,...,p-1

其中MPC的预测时域为p，控制时域为m；

进行优化处理可得系统未来p步的电流输出预测值的统一形式：

k+1|k表示k时刻对k+1时刻的预测，在状态方程得到的磁链估计值的基础上，进而由输出方程预测第k+1时刻至第k+p时刻的被控电流输出；Su的下三角形式直接反映了系统在时间上的因果关系，即k+1时刻的输入对k时刻的输出没有影响，k+2时刻的输入对k+1时刻的输出没有影响,以此类推。

2.根据权利要求1所述的一种基于状态空间模型的开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，其特征在于在所述步骤1)中，利用实验数据在MATLAB/SIMULINK里自行搭建了一个与实验电机参数近似一致的非线性电机模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于状态空间模型的开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，其特征在于在所述步骤1)中，简化的非线性相电感模型：

式中k为离散时刻，Nr表示转子极数，θk表示转子位置角度，φk表示相电感的初始相移量，ln(ik)为与电流有关而与转子位置无关的傅里叶系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于状态空间模型的开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，其特征在于，在所述步骤2)中，开关磁阻电机端电压Vph的电压平衡方程式：

使用前向差分将上式离散化用于数字实现，可得到如下的状态空间模型：

λ_k+1＝a_kλ_k+b_ku_k

i_k＝c_kλ_k

其中ak＝1-(Ts*Rs)/lk，bk＝Ts*Vdc/lk，ck＝1/lk，Ts为采样周期，Rs是相电阻，考虑到饱和效应，lk为数字步长k时刻的与电流和转子位置有关的非线性相电感，uk为k时刻电机输入占空比，ik是k时刻电机输出电流。

5.根据权利要求1所述的一种基于状态空间模型的开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，其特征在于，在所述步骤3)中，预测系统未来的动态为模型预测控制的第一步，MPC的第二步是求解优化问题；优化目标为找寻最优的输入端电压占空比Uk，选取电流跟踪误差的二次函数与输入代价的二次函数之和作为优化的目标函数J：

参考电流Irefk+1＝[irefk+1,irefk+2,irefk+3,…,irefk+p]T，Γi,j为预测步长j对预测的电流输出误差的加权因子，Γd,j为预测步长j对控制输入的加权因子，得到最优的控制序列Uk*:

模型预测控制的第三步为：优化解的第一个元素作用于系统，即：

k+1时刻重复上述三步，利用新的占空比和输出电流以及电机实时参数，又可得到一个新的MPC模型，即按照“滚动时域、重复进行”的机制，预测最优占空比，进而对SRM的电流进行预测、跟踪、控制。