[发明专利]一种永磁同步电机三矢量模型预测电流控制方法

说明书

一种应用于永磁同步电机三矢量模型预测电流控制中的改进滑模算法，属于永磁同步电机控制领域。永磁同步电机三矢量模型预测电流控制具有较好的动、稳态性能。作为较新的理论，对于无感的应用还缺少相应的研究。本发明采用了改进滑模观测器来完善三矢量模型预测控制在无感领域的空缺。改进滑模算法采用了分段饱和函数，削弱了滑模抖振现象，提高了永磁同步电机三矢量模型预测电流控制的鲁棒性。

技术领域

一种应用于永磁同步电机三矢量模型预测电流控制的改进滑模算法，属于永磁同步电机控制领域，具体涉及以一种永磁同步电机三矢量模型预测电流控制方法。

背景技术

在传统的电机控制系统中采用矢量控制(FOC)较多，矢量控制等传统控制中存在电流环脉动较大、矢量幅值和方向的选择受限等问题。永磁同步电机三矢量模型预测电流控制作为核心控制算法，利用两个相邻近的矢量和一个零电压矢量等效合成一个虚拟电压矢量，将矢量组合通过代价函数优化获得最优电压矢量组合输出给逆变器。

由于永磁同步电机三矢量模型预测电流控制是基于电机本身参数(Rs、Ψ_f、Ls)等，所以该控制策略对于参数扰动非常敏感，因此在一定程度上限制了该控制策略在无位置传感器领域的应用。目前国内外经典的无感控制策略主要有适用于电机低速运行时的高频信号注入法还有适用于中速和高速的模型参考自适应法(MRAS)和滑模观测器法(SMO)。由于滑模观测器是基于电机运行时的状态变量的，所以滑模观测器具有较高的鲁棒性。但是滑模观测器本身也具有明显的缺陷，由于滑模观测器在对电机位置、转速进行估计时，是基于电机的定子电流、反电动势等实时信号，所以其中会包含大量的高频信号。这些高频信号将会导致滑模控制系统出现抖振即滑模抖振现象，滑模抖振信号将会导致系统稳态性能下降。所以为了削弱滑模抖振现象，改善系统稳态性能，需要对滑模算法进行改进。

通过对滑模控制系统进行分析可以得出导致滑模抖振现象的一个最主要原因就是滑模观测器中采用的开关函数(sgn)在函数零点存在函数间断点。因此有必要针对该原因对滑模观测器的这一缺陷进行改进。

发明内容

为了拓展永磁同步电机三矢量模型预测电流控制在无感领域的应用，本发明提出了一种应用于永磁同步电机三矢量模型预测电流控制的改进滑模算法。将传统滑模观测器中使用的不连续开关函数(sgn)替换为连续的分段饱和函数g(x)，实现对滑模抖振现象的削弱，提升永磁同步电机的稳定运行时的性能

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种永磁同步电机三矢量模型预测电流控制方法，其特征在于：包括动态性能控制方法和稳定性能控制方法，所述动态性能控制方法包括以下步骤：

S11：使用一阶欧拉离散法对同步坐标系下的电流进行预测，预测公式可以表示为：

S12：将S11中预测出的电流依据电流无差拍原则求出三矢量(u_x、u_y、u_z)作用时电流的斜率(s_x、s_y、s_z)，并根据永磁同步电机的电压状态方程求出各矢量持续时间(t_x、t_y、t_z)；

S13：通过代价函数式，求出最优电压矢量组合，代价函数式为：

S14：将挑选出的最优矢量组合和相应的矢量持续时间结合求出d、q轴下的电压输出给逆变器。

进一步地，所述d、q轴下的电压为：

进一步地，所述稳定性能控制方法包括以下步骤：