[发明专利]适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法

摘要

本发明涉及永磁同步电机控制领域，提出一种适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法，有效提升算法的鲁棒性及系统对转矩和磁链的控制精度。为此，本发明采用的技术方案是，适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法，步骤如下：步骤一、构建永磁同步电机非线性系统状态方程；步骤二、求取非线性预测转矩控制的最优控制率；步骤三、构建非线性扰动观测器；步骤四、构建鲁棒负载扰动观测器；步骤五、鲁棒非线性预测转矩控制算法的实现。本发明主要应用于同步电机控制场合。

主权项

1.一种适用于永磁同步电机的鲁棒非线性预测转矩控制方法，其特征是，步骤如下：步骤一、构建永磁同步电机非线性系统状态方程：永磁同步电机的数学模型表示为式(1)中，ud与uq分别为定子电压的d、q轴分量；R为定子电阻；id与iq分别为定子电流的d、q轴分量；Ld与Lq分别为PMSM的d、q轴电感；ωr表示转子电角速度；ψf表示永磁体磁链；Te为电磁转矩；p为极对数；J为转动惯量；δd与δq表示电机电气参数变化引起的建模误差及其他不确定性；δn表示电机机械参数变化引起的建模误差、负载扰动及其他不确定性；永磁同步电机的转矩和磁链表达式分别为式(3)中，ψd与ψq分别为定子磁链的d、q轴分量；δdf和δqf分别表示参数变化对磁链造成的扰动；在此基础上构建永磁同步电机非线性系统的状态方程为式(4)中，x＝[Te ψ]T表示状态量；定义ψ＝ψd2+ψq2；u(t)＝[ud uq]T表示系统输入量；y＝h(x)＝[y1y2]T＝[Te ψ]T表示输出量；δ(t)＝[δd δq]T是包含各种不确定项的未知函数，这些不确定项是由模型简化或电气参数不确定等因素引起的；g(x)和f(x)＝[f1 f2]T，分别有步骤二、求取非线性预测转矩控制的最优控制率：定义价值函数为式(7)中，Td表示预测周期；e(t+τ)＝y(t+τ)‑yr(t+τ)，y(t+τ)和yr(t+τ)分别为(t+τ)时刻的预测输出和期望输出，有为简化计算，将式(8)中的预测输出y(t+τ)及期望输出yr(t+τ)按泰勒级数展开法分别展开，有为使永磁同步电机系统具有良好的转矩控制性能，非线性预测转矩控制的最优控制率应满足根据式(7)‑(11)求得非线性预测转矩控制率为步骤三、构建非线性扰动观测器：为消除电机电气参数变化等不确定性引起的系统稳态误差，构建非线性扰动观测器如下式(13)中，L为非线性扰动观测器增益，定义L＝[l11l12；l21l22]，l11、l12、l21、l22均为常数；联立式(12)‑(13)，可得步骤四、构建鲁棒负载扰动观测器：为消除电机机械参数及负载突变引起的系统稳态误差，构建鲁棒负载扰动观测器如下式(15)中，和分别为ω_r和δ_n的观测值；λ为鲁棒负载扰动观测器增益，且满足λ>0；步骤五、鲁棒非线性预测转矩控制算法的实现：为了获得更精确的系统电磁转矩参考值，需将鲁棒负载扰动观测器观测的结果反馈至非线性预测转矩控制率，并对速度PI控制器的输出进行前馈补偿；将经补偿后的转矩参考值代入到价值函数中，并将由非线性扰动观测器观测的结果代入至由式(12)求得的最优控制率中，最终得到鲁棒非线性预测转矩控制算法的控制率为u(t)＝‑[Lgh(x)]‑1·[P(x)+I(x)+D(x)]+C  (16)其中，