[发明专利]永磁同步电机无模型预测电流控制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法。首先，用单输入单输出的超局部模型代替永磁同步电机数学模型，由于超局部模型不需要任何电机参数信息，也称之为无模型。然后，采用滑模观测器估计参数扰动带来的电流误差并进行前馈补偿。最后，仿真和实验结果验证了提出的无模型预测控制方法能够抑制参数扰动，具有参数鲁棒性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，尤其是涉及永磁同步电机参数失配时通过无模型电流预测方式实现的参数扰动抑制。

背景技术

永磁同步电机是一种强耦合，多变量的非线性系统，其控制性能与采用的控制策略密切相关。现有技术中应用在永磁同步电机驱动系统中的控制策略主要包括比例积分控制(PI)，直接转矩控制(DTC)和电流预测控制。PI控制具有良好的稳态性能，但动态性能较差，快速响应和无超调之间存在天然的矛盾。DTC具有响应速度快，参数鲁棒性强等优点，但它本质上是迟滞控制，电流在稳态时存在波动，而且开关频率不固定。预测控制通过预测模型预测下一时刻的定子电流，根据目标函数，选择最优电压矢量作用于永磁同步电机驱动系统，具有良好的暂态和稳态性能。但是，预测控制本质上是一种基于模型的控制方法，模型参数的不确定会导致模型失配，并对预测控制的永磁同步电机驱动系统的性能产生负面影响。为了解决电机参数不确定性带来的控制性能降低的问题，部分解决手段中采用了一些抑制扰动的控制策略，常见的抑制策略有滑模变结构控制、模糊控制、神经网络等，然而这些控制策略仍较为依赖电机参数信息，在鲁棒性方面还存在一些不足。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提高永磁同步电机参数扰动抑制的抑制能力并改进鲁棒性，提供了一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、在线实时采集永磁同步电机三相电流；

步骤二、建立永磁同步电机在dq轴坐标系下的数学模型；针对所述数学模型，以定子电压为控制变量，定子电流变化率为输出变量，建立永磁同步电机的超局部模型；

步骤三、针对dq轴坐标系下的数学模型，建立基于指数趋近律的滑模观测器，并将滑模控制律代入超局部模型，对永磁同步电机无模型预测电流控制中的参数扰动带来的电流误差进行估计和补偿。

进一步地，所述步骤二中建立的dq轴坐标系下的数学模型表示为：

T_e＝1.5pψ_fi_q

式中，u_d，u_q分别是d轴和q轴电压；i_d，i_q是dq轴定子电流；R_s,L_s和Ψ_f分别是定子电阻、定子电感和转子磁链；w_e，w_m代表电角速度和机械角速度；T_e，T_l分别是电磁转矩和负载转矩；η，p分别表示电机的转动惯量和极对数。

本发明选择单输入单输出系统的超局部模型来代替三相表贴式永磁同步电机数学模型。

其中，单输入单输出系统进一步采用一阶超局部模型的形式，其可以表示为：

式中，u、y分别为控制变量和输出变量，α为设计者选择的非物理因子，F表示系统的已知部分和未知部分。

针对永磁同步电机在dq轴坐标系下的数学模型，以定子电压为控制变量，定子电流变化率为输出变量，可以得到永磁同步电机在dq坐标系下的超局部模型为：