[发明专利]基于对偶优化的电机模型预测控制方法、装置及控制器

说明书

本发明实施例公开了一种基于对偶优化的电机模型预测控制方法、装置及控制器，该控制方法包括：在同步旋转坐标系下，以电机的电压方程为基础，建立基础连续状态方程，再采用前向欧拉公式得到基础离散状态方程；根据基础离散状态方程，构建增广状态方程并设计模型预测控制的性能评价函数；将性能评价函数转化为二次型规划问题，并采用对偶优化算法求解所述二次型规划问题。本发明实施例中，基于连续控制集模型预测控制电机电流，保证高效的电流动态响应能力；基于对偶优化算法求解二次型规划问题，大量节省计算工作量，使整个算法具有较高效率，在嵌入式芯片计算能力和存储空间的限制下，可以在嵌入式芯片上实现对于永磁同步电机的实时控制。

技术领域

本发明实施例涉及电机电流控制技术，尤其涉及一种基于对偶优化的电机模型预测控制方法、装置及控制器。

背景技术

内嵌式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM)因其具有高效率、高功率密度与高功率因数等优点在各个领域均得到了推广应用，例如冶金行业、橡胶行业、汽车行业等。永磁同步电机的启动和运行是由定子绕组、转子组件和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。

目前，高性能永磁同步电机主要采用基于比例积分(PI)调节器的电流环控制。基于PI调节器的电流环控制方式具有稳态性能好、转矩脉动小等优点。但存在动态响应慢，容易超调，积分饱和，耦合影响等问题，导致其电流环动态响应能力受限，无法进一步提高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于对偶优化的电机模型预测控制方法、装置及控制器，以解决现有电机电流控制方法能力受限等问题。

本发明实施例提供了一种基于对偶优化的电机模型预测控制方法，包括：

在同步旋转坐标系下，以电机的电压方程为基础，建立基础连续状态方程，再采用前向欧拉公式得到基础离散状态方程；

根据所述基础离散状态方程，构建增广状态方程并设计模型预测控制的性能评价函数；

将所述性能评价函数转化为二次型规划问题，并采用对偶优化算法求解所述二次型规划问题。

进一步地，得到基础离散状态方程包括：

在所述同步旋转坐标系下，确定所述电机的定子电压方程；

设定所述定子电压方程中电机角速度不变，以此确定线性时不变系统的基础连续状态方程；

再采用前向欧拉公式对所述基础连续状态方程进行离散化，得到所述基础离散状态方程。

进一步地，根据所述基础离散状态方程，构建增广状态方程并设计模型预测控制的性能评价函数，包括：

构建新的状态向量，以得到与所述基础离散状态方程关联的增广状态方程；

根据所述增广状态方程，定义所述模型预测控制的性能评价函数。

进一步地，将所述性能评价函数转化为二次型规划问题，并采用对偶优化算法求解所述二次型规划问题，包括：

将所述性能评价函数转化为二次型规划问题，并针对非线性二次函数约束条件设计所述二次型规划问题的六边形不等式约束；

在所述六边形不等式约束下，确定所述二次型规划问题的一次项系数矩阵以及中间矩阵，并分解所述一次项系数矩阵以及中间矩阵；

根据搜索方向和探索步长，求解得到过程参数及其中的拉格朗日乘子与不可行乘子，将所述拉格朗日乘子与不可行乘子的比值最小所对应的约束条件，确定为所述二次型规划问题的解。

进一步地，还包括：采用延时补偿对所述二次型规划问题的一拍延时进行有效补偿。