[发明专利]模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法及系统，本发明方法采用级联预测控制且设计了参数免疫定子磁链预测控制器、参数免疫转矩预测控制器以及未知转矩扰动观测器，数免疫定子磁链预测控制器和参数免疫转矩预测控制器构成级联结构，参数免疫定子磁链预测控制器用于计算出控制模块化多绕组永磁电机系统的d、q轴指令电压，参数免疫转矩预测控制器用于计算出下一时刻的d、q轴定子磁链指令值，未知转矩扰动观测器用于观测出外部负载转矩扰动和电机响应转速。对比参数失配下传统模型预测控制方法，本发明所提的参数免疫预测控制方法在提升定子磁链跟踪精度、抑制转矩/磁链脉动和降低定子电流畸变量等方面具有明显优势。

技术领域

本发明涉及模块化多绕组永磁电机的控制技术，具体涉及一种模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法及系统。

背景技术

目前电机在我国装备制造业中的地位和作用越来越显著，我国已成为世界上最大的电动机制造、出口和使用大国。据统计，电机消耗了我国总发电量的60％至70％电量，其中工业领域的耗电量占工业部门总用电量的75％。随着我国制造业发展深度和广度的显著提升，模块化多绕组永磁电机凭借其容错性能强、可靠度高和结构简单等优势，在军事工程装备、先进轨道交通装备、航空航天装备等特殊应用领域中受到了广泛的关注和青睐。

目前研究学者对模块化多绕组永磁电机的本体优化设计进行了全面而深入的探索，但控制器仍然采用的是传统比例积分控制器。由于模块化多绕组永磁电机一个参数时变的高阶非线性系统，传统比例积分控制器难以保证电机系统宽转速和高品质运行。模型预测控制器凭借其控制精度高、动态响应快、零稳态误差及无超调等优点，在电机控制领域中已成为先进控制技术工程化应用的代表。然而，模型预测控制器是一种基于电机系统离散数学模型的高性能控制算法，会受制于电机系统实际参数及数学模型的准确度。当模块化多绕组永磁电机参数因自身材质的退化而发生变化时，将会导致预测控制器中的参数与实际电机系统中的参数出现不匹配的现象，致使电机系统无法输出额定转矩，恶劣情况下甚至失控。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法及系统，本发明攻克了模型预测控制器对模块化多绕组永磁电机系统参数失配免疫的科学难题，可消除预测控制器受磁链参数、电感参数失配的影响。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种模块化多绕组永磁电机系统参数免疫预测控制方法，包括：

1)根据任意k时刻的转速ω_e(k)及q轴电流i_qj(k)，通过预设的未知转矩扰动观测器计算负载转矩扰动观测值及转速响应观测值

2)根据得到的负载转矩扰动观测值及转速响应观测值通过预设的参数免疫转矩预测控制器进行参数免疫转矩预测控制计算k+2时刻的d轴定子磁链指令值和q轴定子磁链指令值

3)根据得到的d轴定子磁链指令值和q轴定子磁链指令值通过预设的参数免疫定子磁链预测控制器进行参数免疫定子磁链预测控制计算k+1时刻的d轴指令电压和_q轴指令电压作为驱动模块化多绕组永磁电机工作的控制信号。

可选地，步骤1)包括：

1.1)建立如式(1)所示的转速运动方程；

上式中，ω_e为电机转速，N为模块化多绕组永磁电机中的单元电机个数，n_p为极对数，ψ_ro为转子永磁体磁链，J为转动惯量，i_qj为q轴电流，T_L为负载转矩，t为时间；

1.2)针对转速运动方程设计如式(2)所示的积分终端滑模面；