[发明专利]一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法

说明书

本发明适用于电机控制技术领域，提供了一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，具体方法包括：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速/位置传感器采集的永磁同步电机转速；将获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中得到外环扰动值，同时输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；将获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中得到内环扰动值，同时和q轴电流参考值、给定的d轴电流参考值一并输入到内环广义预测控制器中得到d轴电压和q轴电压，经过坐标变化和空间矢量脉宽调制器控制永磁同步电机的运行。本发明能够保证永磁同步电机快速响应的同时，提高控制系统的适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法。

背景技术

永磁同步电机因具有高效率、高转矩电流比、高功率密度、可靠性等优点，已在电动汽车、航空工业等领域得到了广泛应用。目前大多数永磁同步电机的应用场合中，矢量控制策略已成为通用控制方案。矢量控制策略采用的是由外环速度控制器和内环电流控制器组成的级联控制结构，其中控制器设计对电机控制性能、效率和可靠性具有重要影响，目前多采用传统比例-积分(PI)控制器。但是永磁同步电机是一个非线性多变量的时变系统，同时会受到未知的干扰。因此，在各种运行条件下都能获得良好的瞬态性能仍然是一个挑战。

目前为了降低模型不确定性和外部扰动的影响，提高永磁同步电机的鲁棒控制性能，已有学者提出了多种控制方法。其中广泛使用的方法是线性控制理论，但是其中合适的Lyapunov函数很难寻找。同时非线性控制、滑模控制和自适应控制都已成功应用于永磁同步电动机的鲁棒控制中，但这些方法对电机参数依赖性强，控制器参数不易整定。近年来，基于连续时间模型的广义预测控制作为模型预测控制的一种，不仅具有强鲁棒性、动态响应快和方便处理系统约束，还具有计算效率高，易于工程实现的优点。但该方法是基于标称系统建模，因此当参数变化和模型不确定时，其控制性能会受到影响甚至失效。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，以解决现有技术中存在的问题。

一种基于广义预测控制的永磁同步电机级联控制方法，包括如下步骤：

(1)采集电机信号：获取永磁同步电机同步旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及转速或位置传感器采集的永磁同步电机转速；

(2)估算外环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到外环滑模扰动观测器中估算外环扰动值；

(3)外环转速控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(2)中获取的外环扰动值和给定的参考转速输入到外环广义预测控制器中得到q轴电流参考值；

(4)估算内环扰动值：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流和转速输入到内环滑模扰动观测器中估算内环扰动值；

(5)内环电流控制：将步骤(1)中获取的d轴电流、q轴电流、转速，步骤(3)中获取的q轴电流参考值，步骤(4)中获取的内环扰动值和给定的d轴电流参考值输入到内环广义预测控制器中得到d轴电压和q轴电压；

(6)坐标变换和空间矢量脉宽调制：将步骤(5)中获取的d轴电压和q轴电压经过坐标变化和空间矢量脉宽调制器，控制永磁同步电机的运行。

进一步的，所述的采集电机信号的方法为，

检测永磁同步电动机的定子电流，经过Clark变换得到在两相静止坐标系下的定子电流，然后再经过Park变换为电机在同步旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；利用转速或位置传感器检测永磁同步电机实时运行的转速。

进一步的，所述的估算外环扰动值的方法为，

定义S_ω为可得外环滑模扰动观测器为