[发明专利]一种永磁同步电机的反演控制方法

说明书

本发明提供一种永磁同步电机的反演控制方法，包含步骤：S1、建立状态空间形式的电机电气特性方程和状态空间形式的机械特性方程；S2、建立电机电气特性、电机机械特性的离散状态转移方程；S3、通过当前k周期的电机转动状态变量、电流，预测未来k+n₁周期的电机转动状态，得到电机在未来k+n₁周期的转动状态偏差预测值；S4、根据转动状态偏差预测值，反演得到k+1～k+n₁‑1周期的控制电流指令序列，根据负载造成的转动状态偏差对该控制电流指令序列进行补偿，反演得到k周期补偿负载的控制电压指令U_1，r(k)'；S5、根据当前k周期电压、电流，预测k+n₂周期电机的电流误差值，根据预测的电流误差值反向推演得到k周期的控制电压指令，加上U_1，r(k)'，作为电机的实际控制电压输入。

技术领域

本发明涉及电气自动化控制领域，具体涉及一种永磁同步电机的反演控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有时变、非线性、强耦合的特点，因其功率密度高、耗损低、转矩波动小以及便于维护等优点被广泛应用于高精度位置伺服系统中，如转台、数控机床、机器人关节、控制力矩陀螺、导弹尾翼舵机等要求高精度、高稳定度、高动态响应的伺服系统中。在各种任务和负载工况下，要求永磁同步电机具有响应及时、控制超调小、控制稳定时间短、控制静差小、对力矩干扰及负载鲁棒性强的控制品质。

随着计算机、电力电子以及传感器技术的发展，目前电压、电流、转角、转速等变量可高速、高精度测量得到，高性能的芯片可以快速计算复杂的算法并控制电源及逆变器高频工作，因而诸多基于模型的、先进复杂的控制算法能够应用于永磁同步电机的驱动控制。

目前，永磁同步电机的PID控制、模糊控制、滑模变结构控制、自适应控制、神经网络控制等方法各自不同程度存在控制精度/稳定度差、对干扰负载和电机本体参数鲁棒性不强、控制器设计的人为主观因素影响较大等问题，通常从稳定性角度出发设计，难以同时保证具有较好的动态性能和稳态性能等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机的反演控制方法,本发明从系统可控性角度出发，按照永磁同步电机转动特性、电机电气特性、电机机械特性，预测第k+n₁周期后的电机转动状态，根据预测的电机转动状态反向推演得到补偿后的k周期的控制电流指令，本发明根据当前k周期的转子机械角速预测电机在k+n₂周期的电流值(其中n₂∈[1,n₁-1])，根据预测的k+n₂周期的电流值和所述补偿后的k周期的控制电流指令的差值，反演得到k周期电机的实际控制输入电压值，实现了较强的对外部力矩扰动的鲁棒性。

为了达到上述目的，本发明提供一种永磁同步电机的反演控制方法，包含步骤：

S1、在连续时间系统d-q坐标系下，建立状态空间形式的电机电气特性方程和状态空间形式的电机机械特性方程；

S2、分别建立电机电气特性、电机机械特性的离散状态转移方程；

S3、根据电机机械特性的离散状态转移方程，通过当前k周期的电机转动状态变量X(k)＝[θ_m(k),ω_m(k)]，k周期的电流i_q(k)，预测未来k+n₁周期的电机转动状态变量并与期望的k+n₁周期的参考转动状态变量X_r(k+n₁)比较得到电机在未来k+n₁周期的转动状态偏差预测值；其中，θ_m(k)、ω_m(k)分别为k周期的转子角位置和转子机械角速度；n₁≥2；