[发明专利]一种永磁同步电机的直接速度预测控制方法及设备

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机的直接速度预测控制方法及设备，通过利用无差拍控制的原理将参考转速和参考电流直接转化为参考电压矢量，并采用空间矢量脉宽调制技术进行电压逆变，该方法有效的消除了传统无差拍控制中的速度环，同时利用一种基于滑模控制理论的扰动观测模块；该观测模块能同时估计系统电参数失配、机械参数失配和负载转矩扰动产生的电压误差；之后将观测模块输出的集总电压误差补偿到预测参考电压矢量中，从而代替了无差拍直接速度控制方法中的负载转矩观测器，有效提高了永磁同步电机的鲁棒性。最后，在一台表贴式永磁同步电机上进行仿真和实验验证，结果表明，该方法对参数和负载的干扰具有较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及设备控制领域，特别是指一种永磁同步电机的直接速度预测控制方法及设备。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)是一种常用的三相同步交流电机，具有高效率、高功率密度等特点，其中表贴式永磁同步电机(SPMSM，Surface Permanent Magnetic SynchronizedMotor)，具有交直轴(d-q轴)电感量相等的特点，更易控制。随电机运行性能日益提高，由SPMSM构成的电机系统应用越来越广泛，如家电、数控机床、火炮、雷达等领域。

预测控制技术是一种针对最优控制理论应用问题提出的先进控制技术，其主要特点是使用系统模型来预测下一时刻的输出参考值，然后根据该参考值选择最优操作。预测控制其控制理论更为先进，概念直观且易于理解，并被广泛的应用于各种工业领域，特别是交流调速系统。而对于交流调速系统，预测控制技术涵盖了多种类别的控制方法，无差拍控制(DBC，dead-beat control)即为预测控制的一种。DBC是利用电机以及逆变电路的离散模型精确计算下一时刻所需要的参考电压，并结合空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space VectorPulse Width Modulation)调制技术对目标参考电压进行调制。相比于传统的矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)，DBC具有良好的动稳态性能。然而，DBC作为基于精确数学模型的控制方式，其控制效果严重依赖于精确的模型参数，当系统参数不准确或者发生变化时，预测的参考电压就会不准确，从而导致整个电机的鲁棒性降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种永磁同步电机的直接速度预测控制方法及设备，可以通过减少系统计算量和消除权重系数，同时基于预测参考电压追踪来实现无差拍直接速度预测控制，实时补偿参数和负载扰动引起的预测误差，提高系统鲁棒性，简化系统结构。

基于上述目的，一方面，本发明提供了一种永磁同步电机的直接速度预测控制方法，包括：

获取所述电机当前的电流及电机转速，利用所述电流及所述电机转速通过离散化方式得到下一时刻的预测电流，根据所述预测电流得到下一时刻的预测电压；

通过前向欧拉离散化的方式利用所述电机转速得到下一时刻的预测速度，根据所述预测速度以及由所述预测电流转换得到的参考速度与参考电流，将所述预测电压转换成参考电压指令；

通过滑模变结构控制方式对所述参考电压指令进行处理，利用等速趋近律得到下一时刻的误差估计值，根据李雅普诺夫稳定性原理使所述误差估计值趋近下一时刻的真实误差值；

将所述误差估计值补偿入所述参考电压指令得到参考电压矢量，通过所述参考电压矢量对所述电机进行相应的调整。

在一些实施方式中，所述获取所述电机当前的电流及电机转速之前，还包括：

所述电机为表贴式永磁同步电机，利用所述表贴式永磁同步电机交直轴电感量相等特性建立电机定子电压和电磁转矩的数学模型，使所述电流及所述电机转速利用所述数学模型进行离散化。

在一些实施方式中，所述预测电压，具体为：