[发明专利]一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法

摘要

一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法，包括：建立永磁同步电机的离散电流预测模型，并设计无差拍电流预测控制器；设计滑模扰动观测器来估计定子电流和参数扰动；设计无差拍速度预测控制器；设计滑模扰动观测器来观测负载转矩并补偿。本发明在电机模型参数不匹配的情况下，实现了精确的电流控制；在无差拍速度预测控制器对负载变化敏感的情况下，通过负载转矩观测和补偿来提高速度外环的动、静态性能和抗扰动性能。

主权项

1.一种基于扰动估计补偿的永磁同步电机双环无差拍预测控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1,建立离散的永磁同步电机电流预测模型，并设计电流环控制器，过程如下：1.1，同步旋转坐标系下PMSM的电压方程表示成如下形式其中，u_d和u_q为d、q轴定子电压，i_d和i_q为d、q轴定子电流，L_d＝L_q＝L为定子电感，R为定子电阻，ψ_f为永磁体磁链，ω_e为电角速度；1.2,采用一阶泰勒公式对电流状态方程进行离散化得到离散永磁同步电机电流预测模型如下形式其中，T_s为电流环采样时间，k表示kT_s时刻的值，(k+1)表示(k+1)T_s时刻的值；1.3,根据式(3)，电流环控制器输出定子电压如下形式其中，i_d^*(k+1)和i_q^*(k+1)分别为d、q轴参考定子电流；步骤2,滑模扰动观测器设计，过程如下2.1，存在电机参数偏差时，PMSM在同步旋转坐标系下的电压方程表示成如下形式其中，L₀为实际电感，R₀为实际电阻，ψ_f0为实际磁链，w_d和w_q为参数偏差导致的扰动，W_d和W_q为参数扰动w_d和w_q的变化率；参数扰动w_d和w_q表示成如下形式其中，ΔL为真实电感和实际电感的差值，ΔR为真实电阻和实际电阻的差值，Δψ_f为真实磁链和实际磁链的差值；2.2，由参数扰动估计和电流预测，滑模扰动观测器设计成如下形式其中，和为w_d和w_q的估计值，和为d、q轴电流的估计值，K_dsmo和K_qsmo为滑模控制函数，k_d和k_q为滑模参数；由式(7)减去式(5)得到dq轴误差方程如下形式其中，和为电流估计误差，和为干扰估计误差；2.3，选择如下线性滑模面采用一种自适应滑模趋近律，设计成如下形式其中，s是滑模面，g和τ为趋近律参数，g＞0，τ＞0，η＞0，0＜ρ＜1，x₁＝e₁或x₁＝e₃，x₁是系统状态，此处为d、q轴电流估计误差，sig是符号函数；由式(8)，(9)和(10)得滑模控制函数K_dsmo和K_qsmo分别如下形式2.4，滑模扰动观测器的离散表示形式如下2.5，电流环控制器输出定子电压如下形式其中，u_d^*和u_q^*为参数扰动反馈补偿后的输出定子电压，u_d(k)和u_q(k)分别如下步骤3，无差拍速度控制器设计，过程如下3.1，根据机械运动方程和电磁转矩方程，机械角速度的一阶微分方程和二阶微分方程分别如下形式其中，ω_m为机械角速度，T_e为电磁转矩，T_L为负载转矩，J为电机转动惯量，B为摩擦系数；3.2，根据电机离散数学模型和二阶离散泰勒公式，机械角速度的离散方程和q轴定子电流离散化分别如下其中，T_sω为速度环执行周期，ω_m(k+1)为(k+1)T_sω时刻的机械角速度，ω_m(k)为kT_sω时刻的机械角速度；3.3，根据式(15)，(16)，(17)和(18)，q轴给定参考定子电流如下其中，ω_m(k+1)＝ω^*，i_q(k+1)＝i_q^*，ω^*为参考转速，i_q^*为q轴给定参考电流，为负载转矩估计值；步骤4，负载转矩观测器设计，过程如下4.1，根据式(15)，滑模面的选择和滑模观测器的设计分别如下形式其中μ为滑模控制函数，为机械角速度的估计值；4.2，根据式(10)，(15)和(21)，滑模控制函数μ设计成如下形式μ＝P·tansig(S)+τ·S       (23)其中，为机械角速度微分误差，x₁＝e，此处系统状态x₁为速度跟踪误差；4.3，根据式(22)和(23)，负载转矩的估计值为如下形式