[发明专利]一种永磁同步电机级联式无差拍控制方法及其系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机级联式无差拍控制方法及其系统，属于电机控制技术领域，包括转速观测器，转速无差拍控制子系统，第一延迟器，电流分配器，电流坐标变换模块，电流无差拍控制子系统，电压坐标变换模块，脉宽调制模块。所述的转速无差拍控制子系统包括转速无差拍预测控制器，转速预测器，负载转矩观测器，第二延迟器，第三延迟器；所述的电流无差拍控制子系统包括电流无差拍控制器，电流预测器，扰动观测器，第四延迟器，第五延迟器。本发明方法将模型预测控制方法与转速环，电流环的级联结构结合，在降低系统结构复杂的同时极大改善了系统整体转速控制带宽；提高永磁同步电机预测控制系统的机械参数和电气参数鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机级联式无差拍控制方法及其系统，属于电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机凭借着较高的功率因数和效率，良好的控制性能，较强的能量/功率密度等优势在变速驱动，伺服驱动以及工业制造等应用场合广受欢迎。永磁同步电机的高性能控制一直是研究人员的追求目标。得益于数字控制器的广泛应用，模型预测控制方法开始被应用于永磁同步电机控制系统的转速，电流控制。

现有永磁同步电机模型预测控制系统的结构主要分为以下几类：1)无差拍预测电流控制环加上基于比例积分控制器的转速环。考虑包含逆变器和电机的数字系统模型，电流控制环采用无差拍预测控制方法尽可能提高电流环的带宽。基于比例积分控制器的转速环根据转速参考值与实际转速之间差值闭环调节得到电流参考值。与基于比例积分控制器的转速电流双环控制系统相比，该系统的电流环带宽进一步提高，控制性能得到一定提升。2)直接转速预测控制。通过将逆变器和电机视作一个整体，从而建立包含转速，电流等多目标在内的一体化预测控制模型。通过较为复杂的价值函数挑选合适开关矢量。该系统大多为离散型预测控制，开关频率不固定，价值函数中权重系数调试工程复杂费时。3)级联式无差拍预测转速电流控制。结合电机系统不同尺度下的电气时间常数和机械时间常数，该系统将转速环，电流环分开建模并得到无差拍预测转速控制器，无差拍预测电流控制器。该系统采用级联式预测控制结构降低了单个子系统的复杂度，易于控制与调试。

与传统基于误差的比例积分控制系统不同，模型预测控制依赖合适的系统模型以及准确的模型参数。永磁同步电机系统在不同工况运行时模型参数会发生变化以及数字控制系统存在一拍延时等问题给电机的模型预测控制带来了难题。研究人员针对电流环的电气参数变化提出包括广义比例积分观测器，滑模控制器等各种扰动观测器，从而提高永磁同步电机预测控制系统鲁棒性，但对于转速环机械参数(转动惯量)变化的研究目前较少。另外系统扰动通常为高阶时变形式，基于扰动观测器的预测控制系统往往由于观测器高阶形式出现较大的超调量，从而导致系统动态性能降低。在保证系统参数鲁棒性的前提下，如何实现级联式无差拍预测控制的性能提升成为永磁同步电机高性能控制以及广泛工业应用亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种永磁同步电机级联式无差拍控制方法及其系统，将无差拍模型预测控制方法与复合型扰动观测器相结合，综合考虑电气参数不匹配，机械参数不匹配，数字控制器一拍延时特性的影响，实现永磁同步电机高性能控制。

值得注意的是，本发明所说的延迟器为数字控制器的常用概念和结构，其主要特征如下，延迟器会将输入延迟一个控制周期输出，即当前时刻的输出为上一时刻的输入。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：