[发明专利]连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法

权利要求书

1.一种连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

利用永磁同步直线电机的数学模型得到旋转坐标系下的定子电流状态方程；

根据所述定子电流状态方程确定成本函数，并将所述成本函数转换为二次优化方程；

计算所述二次优化方程的最优解，得到理想状态下的逆变器连续开关状态，并确定所述最优解所在的扇区；

确定所述扇区合成最优电压矢量的三个电压矢量，计算所述三个电压矢量分别的作用时间，对三个电压矢量的时间进行PWM波形调制，并将调制过后的PWM波形输入到所述逆变器中，同时定义电机的参考转速与反馈转速之间的误差为状态变量，根据所述状态变量确定非奇异终端滑模面，对所述滑模面进行微分得到滑模控制器的输出表达式；

根据所述定子电流状态方程确定成本函数包括：

定义变量Δs(k|k)＝s(k|k)-s(k-1|k)，将所述成本函数的形式表示为式中λ0为权重因子电流的极限值，Δs(k|k)为前后开关状态之间的开关损耗，λ为权重系数；

引入切换序列S(k|k)＝[s(k|k)^T,...,s(k+N-1|k)^T]^T构造出定子交、直轴电流预测值在滚动时域下的向量形式如下，其中，N为预测步数，S(k|k)∈M、s(k|k)代表逆变器k时刻开关位置的开关状态，表示为离散开关状态s的N倍笛卡尔乘积：

x_dq(k+N|k)＝A^N(k|k)x_dq(k|k)+[A^N-1(k|k)B+...+A⁰(k|k)B]s(k|k)+[A^N-1(k|k)F(k|k)+...+A⁰(k|k)F]；

令Y_dq表示k+1时刻到k+N时刻预测步长范围内交、直轴电流预测值的输出，Y^*_dq为相应的参考输出：

Y_dq＝Γx_dq(k|k)+ΥS(k|k)+Π

式中，Γ＝[A，A²,...,A^N]^T，

将成本函数修改为并定义：

Ξ(k|k)＝((Γx_dq(k|k)-Ω(k|k))^TΥ-λ(Es(k-1|k))^TW)^T，Q＝Υ^TΥ+λW^TW；

确定所述成本函数为J＝ξ(k|k)+2(Ξ(k|k))^TS(k|k)+S(k|k)^TQS(k|k)，式中

将所述成本函数转换为二次优化方程包括：

通过矩阵变换将成本函数J＝ξ(k|k)+2(Ξ(k|k))^TS(k|k)+S(k|k)^TQS(k|k)转换为二次优化方程如下：

J＝(S(k|k)+Q^-1Ξ(k|k))^TQ(S(k|k)+Q^-1Ξ(k|k))+c(k|k)

其中，c(k)为一个常数项。

2.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：利用永磁同步直线电机的数学模型得到旋转坐标系下的定子电流状态方程包括：

所述定子电流状态方程如下：

其中，u_d与u_q分别为定子直轴电压与定子交轴电压，i_d与i_q分别为定子直轴电流与定子交轴电流，R_s为定子电阻，ψ_d与ψ_q为定子直轴磁链与定子交轴磁链，ψ_d＝L_di_d+ψ_f，ψ_q＝L_qi_q，ψ_f是永磁体磁链。