[发明专利]一种表贴式永磁同步电机电流预测控制方法

说明书

本发明提供了一种表贴式永磁同步电机电流预测控制方法，适用于抑制电机电阻、电感及磁链参数失配情况下引起的扰动，其通过提出的新型预测电压模型对电流性能进行改善。在电流预测控制过程中，没有借助观测器，使得系统的复杂度与计算量显著降低，同时在精确度方面的提升也较为明显。

技术领域

本申请涉及一种永磁同步电机电流预测控制技术领域，尤其涉及一种在实现电流预测控制的同时，还能够抑制电机电阻、电感及磁链参数失配情况下引起的扰动的方法。

背景技术

随着永磁同步电机驱动控制策略技术的快速发展，现有技术中出现了多种驱动控制策略，近年来，预测控制由于动态响应快及控制时刻保持最优等特点得到了广泛的关注。由于预测控制依赖于预测模型，因此预测控制模型参数的不确定性是当前预测控制的研究重点之一。例如，电机定子电感的大小会随着定子电流的增大而相应减小，当电机实际电感参数与电机模型中的电感参数失配时，其会增大电机的转矩脉动并提高电流的谐波含量，从而降低驱动电机控制的品质。除了电感参数失配带来的模型参数不确定性，有些研究中还发现永磁同步电机的转子磁链对转子温度变化比较敏感的现象。比如，当环境温度增加100摄氏度时，转子磁链大小将减小约20％。如果在控制系统中转子磁链模型参数没有被及时补偿，预测电流误差将被放大，从而也会影响预测控制的性能。为了抑制这类电阻、电感及磁链参数失配引起的扰动，有些现有技术已经提出了相应的预测控制方法。当前预测控制方法中，有利用滑膜观测器、扩展卡尔曼滤波观测器、重复控制观测器、模型参考自适应及自抗扰控制等控制算法的手段，来抑制模型参数的不确定性问题。然而，这几种控制方式由于需要离线整定提出的观测器参数，提高了系统的复杂度，增加了设计者的调试时间。因此，如何在不采用观测器的前提下，提供既能实现较为精确电流预测控制，又可以抑制电机参数失配情况导致的扰动的方法，是本领域中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种表贴式永磁同步电机电流预测控制方法，适用于抑制电机电阻、电感及磁链参数失配情况下引起的扰动，方法具体包括以下步骤：

步骤一、在每个系统控制周期中测量电机的三相定子电压U_abc、定子电流及转子速度信号；将所述三相定子电压及定子电流转化为旋转坐标系下的d-q轴电压U_d、U_q及电流i_d、i_q；将上述信号全部存储在控制器中；

步骤二、利用控制器中存储的d-q轴电压及电流、转子速度信号，计算当前k时刻对应的控制周期T_s与实际的电机定子电感L之比，用参数Z表示，并对k+1时刻的实际电流方程进行重构；

步骤三、基于所述重构得到的实际电流方程，得到k+1时刻的实际参考电压；利用脉冲宽度调制技术作用于逆变器，实现相应的控制。

进一步地，当前k时刻的电流i_d、i_q基于以下方程所表示的关系确定：

其中，i_d(k)、i_d(k-1)、i_d(k-2)分别为第k时刻、第k-1时刻及第k-2时刻的d轴电流；i_q(k-1)、i_q(k-2)分别为第k-1时刻及第k-2时刻的q轴电流；ω_e(k-1)、ω_e(k-2)分别为第k-1时刻及第k-2时刻的电机电角速度；u_d(k-1)、u_d(k-2)分别为第k-1时刻及第k-2时刻的d轴电压；R为实际的电机定子电阻值；

进一步地，所述参数Z通过以下方式计算：

对于表贴式永磁同步电机的电流预测控制，电流控制策略采用d轴电流等于零控制，因此在上式中其相比于电压项可以被忽略。故当前时刻参数Z可以如下形式表示：