[发明专利]一种无差拍预测转速伺服永磁电机控制方法及系统

说明书

本发明公开一种无差拍预测转速伺服永磁电机控制方法及系统，属于发电、变电或配电的技术领域。本发明基于永磁电机离散状态模型和无差拍控制原理，对转速环和电流环进行设计。本发明通过结合增量模型的扩展状态观测器，对系统扰动总集进行观测。此外，本发明提出一种适用于位置伺服系统的新型补偿策略，对预测模型的误差进行补偿。本发明提供的一种永磁电机伺服系统的鲁棒性无差拍预测转速控制方法有效提高了永磁电机位置伺服系统的位置跟踪效果和稳态跟踪精度，增强了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及发电、变电或配电的技术领域，具体是一种无差拍预测转速伺服永磁电机控制方法及系统。

背景技术

永磁同步电机及其数字驱动系统由于具有高功率密度、高效率和结构紧凑等特点，被广泛地应用于伺服系统中，传统的比例积分(PI)控制仍是设计转速环和电流环时常用的方法。相比PI控制，预测控制具有更好的稳态和动态性能。无差拍预测控制基于系统离散状态模型计算每个采样周期的参考电压矢量，通过空间矢量脉宽调制转换为开关信号，能在较小的计算量下获得相近的动态性能和更好的稳态跟踪效果。因此，无差拍预测电流控制被应用在很多工业领域。现有的PI控制和无差拍预测电流控制具有如下问题：(1)PI控制器在内部参数变化和外部扰动的影响下无法始终保持理想的工作性能；(2)无差拍预测电流控制的转速环仍然采用传统的PI控制，影响了系统的动态性能；(3)无差拍预测控制依赖于精确的模型，逆变器非线性会影响预测的精度从而降低系统的性能，对系统全局参数进行在线辨识仍是当前研究的一个难点。如何提高位置伺服永磁电机系统的控制性能和抗干扰能力是业界一直关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无差拍预测转速伺服永磁电机控制方法及系统，基于电机离散状态模型和无差拍控制原理设计转速环和电流环，通过将增量模型和扩展状态观测器相结合，对扰动总集进行观测，根据系统不同的工作状态，采用不同的补偿方案，提高了系统的位置跟踪效果和稳态跟踪精度，增强了系统的鲁棒性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种无差拍预测转速伺服永磁电机控制方法，采用基于电机离散状态模型和无差拍控制原理设计转速环和电流环，得到q轴电流参考值和d轴、q轴电压参考值，采用结合增量模型的扩展状态观测器消除永磁磁链对电流预测的影响并对参数不匹配、负载扰动及逆变器非线性造成的扰动总集进行观测，采用结合位置伺服系统特点设计的新型补偿策略对电流误差和电压误差进行补偿。

进一步的，基于电机离散状态模型和无差拍控制原理设计转速环和电流环的方法为：

采用前向欧拉差分的方法将电机机械方程离散化，得到t+1时刻的预测转速为：

将ω_m(t+1)用ω_m^*表示，i_q(k+1)用i_q^*表示，得q轴电流的参考值；

根据电压离散方程对电流先进行一步预测，补偿控制器一拍延时，再将预测电流代入电压离散方程，得到k+1时刻的预测电压为：

将式中的i_d(k+2)和i_q(k+2)用i_d^*和i_q^*，u_d(k+1)和u_q(k+1)用u_d^*和u_q^*，得d、q轴参考电压；