[发明专利]一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法

权利要求书

1.一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，首先采集d-q轴实际电压与参考电压，通过内部模块计算和坐标变换建立永磁同步轮毂驱动电机系统；

步骤2，建立永磁同步轮毂驱动电机系统的数学模型；

步骤3，离散化驱动电机系统的数学模型；

步骤4，建立过采样无差拍控制器，将转速ω、控制器采样周期T_x与调制载波周期T_c作为过采样无差拍控制器的输入，与作为过采样无差拍控制器的电压输出；

步骤5，建立电压畸变补偿控制器，将转速ω、控制器采样周期T_x与调制载波周期T_c作为电压畸变补偿控制器的输入，q/d轴电压畸变补偿与为其输出；

步骤6，建立实际电压补偿控制器，将转速ω、载波斜率为正时的切换瞬间时间与载波斜率为负时的切换瞬间时间为实际电压补偿控制器输入，q/d轴实际电压补偿与为其输出；

步骤7，建立扰动观测器，转速ω作为扰动观测器的输入，q/d轴扰动观测器电压补偿与作为其输出；最终将轮毂电机系统，过采样无差拍控制器，电压畸变补偿控制器，实际电压补偿控制器，扰动观测器共同构成轮毂电机过采样无差拍补偿控制器；

步骤2，建立驱动电机系统的数学模型为：

其中，u_q、u_d、i_q、i_d、ψ_q、ψ_d分别是旋转坐标系d-q轴的电压,电流与磁链；R_s为定子电阻；L_d与L_q是d-q轴的电感；ω为电机转速，ψ_m为转子永磁体峰值磁链；

步骤4的具体实现过程为：

首先，若控制器采样周期T_x与调制载波周期T_c的比值较低，系统将变得很不稳定，为了保证在不改变开关频率的情况下减小控制器采样时间，将过采样系数n_c定义为定义可变采样时间T_s(i)为：

其中，i＝0,1,2,…,n_c-1,遍及每个载波段的末段，考虑到控制器的时间变量，将(1-6)带入步骤3的离散化方程得到：

其中，与由离散化得到，其中，ω(k)为k时刻的转速，i_q(k+n_c)与i_d(k+n_c)为k+n_c时刻的q/d轴电流值，i_q(k+i)与i_d(k+i)为k+i时刻的q/d轴电流值，u_q(k+i)与u_d(k+i)为k+i时刻的q/d轴电压值，ω(k+i)为k+i时刻的转速，同时可以得到过采样无差拍控制器的电压输出：

所述步骤5的具体过程为：

根据永磁同步轮毂电机系统数学模型，在k+i周期的d-q轴电流i_q(k+i)与i_d(k+i)可以通过k+i-1时刻的值来预测，预测值如下：

其中，与由经过T_x时间的离散化得到；i_q(k+i-1)与i_d(k+i-1)为k+i-1时刻的d-q轴电流，与为控制器在k+i-1时刻的q/d轴电流，与为实际q/d轴电流，ω(k+i-1)为k+i-1时刻的电机转速；

通过控制器电压与实际电压的比较，可以得到k+i时刻的q/d轴电压畸变补偿如下：

其中，分别为控制器在k+i-1时刻的q/d轴电压；分别为实际q/d轴电压；

所述步骤6中，从式(1-11)可以看出，为了计算过采样无差拍控制器的补偿项，需要同时知道上一时刻的控制器电压与施加的实际电压；控制器电压可以存储在控制器内存中，以便于在下一时刻使用，而逆变器施加的实际电压则需要被计算；通过对载波和单相位参考信号可以确定调制电压和载波交叉的时刻为载波斜率为正时的切换瞬间时间，为载波斜率为负时的切换瞬间时间，变换器所施加的平均电压可计算如下：

为变换器所施加的平均电压，u_dc为直流电源电压，将逆变器施加的实际相电压经过Clark变换与Park变换(T_3s/2r)在q-d参考坐标系上进行变换，得到与

所述步骤7的具体过程为：

首先，假设扰动为常数，则连续估计方程为：

其中，与为q/d轴电压扰动估计值，与为q/d轴电压扰动，w_q与w_d为q/d轴电压扰动参数，扰动方程的离散状态空间形式为：

其中，与为k+1时刻的q/d轴电压扰动，与为k时刻的q/d轴电压扰动，

考虑电压扰动的状态空间离散化模型为：

考虑到以下干扰，状态变量增加了两个：

其中，u(k)＝[u_q(k) u_d(k)]^T；

最后，对(1-16)进行降阶Luenberger处理，得到：

与为对k时刻的q/d轴电压扰动的估计值，与为对k-1时刻的q/d轴电压扰动的估计值，L_r为一个2*2的Luenberger矩阵；

最终，控制系统的输出电压结果与如下所示：