[发明专利]一种开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法

说明书

一种开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法，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。本发明实现实际电流对参考电流的精确跟踪、瞬时转矩脉动的有效减小。

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种开关磁阻电机电流高精度跟踪控制方法。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)因其结构坚固、制造工艺简单、成本低、可靠性高，可应用于电动汽车、风力发电、精密加工等军民用领域以及特定的工业应用中，因此得到了广泛关注。然而其双凸极机械结构、非线性磁路以及脉冲式的相电流工作方式导致了电机在运行过程中存在瞬时转矩脉动，尤其是在换相阶段，制约了其在传动领域的进一步应用。而对转矩脉动的抑制很大程度上取决于对绕组内部相电流的控制精度，故需要从控制策略出发设计一个具有高跟踪性能的电流控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于状态空间模型的电流预测控制策略，该方法可以利用模型预测控制的良好跟踪性能，使MPC输出最优占空比，实现实际电流对参考电流的精确跟踪、瞬时转矩脉动的有效减小。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于状态空间模型的电流预测控制策略，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仿真电机模型。

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。

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。

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：

其中MPC的预测时域(或步长)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，等等。