[发明专利]一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法

说明书

本发明公开了一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法。首先获取k时刻的电机三相电流和动子的电角度；然后经过坐标变换计算三相电流在k采样时刻dq坐标下的电流分量，并由一阶欧拉方程进一步得到三相电流在k+1采样时刻dq坐标下的电流预测值；接着构建与dq电流有关的价值函数，筛选最优电压矢量；然后将无差拍控制目标中q轴电流参考值替换为k时刻的q轴电流测量值，计算最优电压矢量和零矢量的作用时间；最后输出逆变器控制信号驱动逆变器。本发明消除了传统占空比控制中的电流偏差项，以便于工程实现。改进的控制策略可以大大降低控制器计算负担，有效降低转矩脉动，提高系统的动稳态性能。

技术领域

本发明涉及一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

永磁同步直线电机作为直驱式传动机构的核心单元,具有推力密度大,控制精度高,机械损耗小等优点,被广泛应用在计算机数控车床等高精度设备中。在电机矢量控制系统中，电流环决定了整个电机系统的控制性能。而模型预测控制算法相比于传统的电流控制算法，具有更好的动稳态性能。因此，研究一种满足永磁同步直线电机系统高控制精度要求的模型预测电流控制算法，具有广阔的应用前景。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法，能够通过较为简单的控制算法提高系统的动稳态性能。

技术方案：一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过光栅尺位置信息采集模块(1)获取电机k时刻电机的电角度θ_e、并计算电机动子电角速度ω_e及速度v；

步骤2：通过PI控制器(2)得到q轴电流的参考值i_q^ref，并给定d轴电流参考值i_d^ref＝0；

步骤3：通过坐标变换模块(3)得到k采样时刻dq坐标系下的电流分量i_d(k)、i_q(k)；

步骤4：经过一阶欧拉方程(4)得到dq坐标系下的离散化定子电流方程，从而确定在k+1 采样时刻的定子电流预测值i_d(k+1)和i_q(k+1)；

步骤5：通过价值函数筛选出最优电压矢量，结合无差拍控制思想，将无差拍控制目标中q轴电流参考值替换为k时刻的q轴电流测量值，构建新的无差拍跟踪方程；

步骤6：由电流斜率法模块(5)计算出最优电压矢量和零电压矢量的占空比，输出逆变器驱动信号。

作为优化，步骤1所述计算电机动子电角速度ω_e及速度v的具体方法为：由式(1)得到电角速度ω_e，由式(2)得到动子速度。

式(1)中n_p为电机极对数，τ为极距；式(2)中dx为位置偏移量。

作为优化，步骤3所述的通过坐标变换模块得到k采样时刻dq坐标系下的电流分量i_d(k)、 i_q(k)的具体方法为：由电流传感器获取永磁同步直线电机k采样时刻的三相定子电流i_a(k)、 i_b(k)和i_c(k)，经公式(3)所示的Clark变换后获取k时刻定子电流在αβ轴的分量i_α(k)和i_β(k)，再经公式(4)的Park变换后得到dq轴的k时刻定子电流分量i_d(k)和i_q(k)；