[发明专利]一种异步电机无传感器预测转矩控制系统及方法

权利要求书

1.一种异步电机无传感器预测转矩控制系统，其特征在于：包括第一PI控制器(1)、模型参考自适应观测器(2)、优化模块(3)；第一PI控制器(1)、优化模块(3)和模型参考自适应观测器(2)两两间相互连接；所述异步电机无传感器预测转矩控制系统使用时连接逆变器(5)，逆变器(5)连接异步电机(6)；

所述模型参考自适应观测器(2)，用于将由逆变器(5)输出端获得的定子电压v_s和定子电流i_s通过公式1-4计算出观测速度该模型参考自适应观测器(2)包括参考模块(2-1)、可调模块(2-2)、转子磁链偏差计算模块(2-3)和第二PI控制器(2-4)，参考模块(2-1)、可调模块(2-2)分别连接到转子磁链偏差计算模块(2-3)，转子磁链偏差计算模块(2-3)通过第二PI控制器(2-4)连接到可调模块(2-2)；所述参考模块(2-1)包括基础参考模块(2-1-1)，基础参考模块(2-1-1)从逆变器(5)输出端获得的定子电压v_s和定子电流i_s通过公式1计算出定子观测磁链和转子观测磁链并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)，将定子观测磁链和转子观测磁链输送给优化模块(3)；所述可调模块(2-2)，用于将分别由逆变器(5)输出端、第二PI控制器(2-4)获得的定子电流和观测速度通过公式2计算出转子观测磁链并将转子观测磁链输送给转子磁链偏差计算模块(2-3)；所述转子磁链偏差计算模块(2-3)，用于将分别由参考模块(2-1)、可调模块(2-2)获得的转子观测磁链转子观测磁链通过公式3计算出转子磁链偏差量ε，并将转子磁链偏差量ε输送到第二PI控制器(2-4)；所述第二PI控制器(2-4)与第一PI控制器(1)连接，用于将由转子磁链偏差计算模块(2-3)获得的转子磁链偏差量ε通过公式4计算出观测速度并将观测速度分别输送给可调模块(2-2)和第一PI控制器(1)；

所述第一PI控制器(1)，用于获得参考速度ω^*与观测速度的差值计算出参考转矩T^*，并将参考转矩T^*输送给优化模块(3)；

所述优化模块(3)，用于将获得的定子参考磁链由第一PI控制器(1)获得的参考转矩T^*和由模型参考自适应观测器(2)获得的观测速度转子观测磁链和定子观测磁链通过以下公式6计算出评价函数的成本值g_j，获得g_j最小值时的参考电压向量vs^*，并将其转换为对应的开关量S_a,b,c作为控制信号控制逆变器(5)输出最优电压值给异步电机(6)；

以上使用的公式如下：

dψ^sdt=-RsσLsψ^s+RsLmσLsLrψ^r+vsψ^r=LrLm(ψ^s-σLsis)---(1)]]>

ψ^rI=∫(LmTris-(1Tr-jω^)ψ^rI)dt---(2)]]>

ϵ=ψ^rIα·ψ^rβ-ψ^rIβ·ψ^rα---(3)]]>

ω^=kpϵ+ki∫ϵdt---(4)]]>

gj=Σh=1N{λ1·|T*-T^(k+h)j|+λ2·|||ψs*||-||ψ^s(k+h)j|||}---(6)]]> 1

其中，和分别表示定子观测磁链和转子观测磁链；R_s为定子电阻，L_m、L_s和L_r为互感、定子电感和转子电感，σ＝(L_sL_r-L_m²)/L_sL_r为漏感系数，v_s为定子电压，i_s为定子电流，T_r＝L_r/R_r，表示这个转子观测磁链是通过异步电机电流模型计算得到的，ε是转子磁链偏差量，观测速度是整个模型参考自适应系统的可调变量，k_p和k_i是PI控制器的比例积分增益，g_j是评价函数的成本值，下标j代表的是当前电压向量的序号，对于两级三相型电压源逆变器，有7种不同的电压向量，故j＝(0…6)，λ₁和λ₂分别是转矩差和定子磁链差在评价函数中的权值；

所述参考模块(2-1)还包括内含第三PI控制器(2-1-3)的滑模补偿模块(2-1-2)，第三PI控制器(2-1-3)利用自身可调的比例增益的K_kp和积分增益K_ki通过公式5计算出滑模增益K，将滑模增益K用于滑模补偿模块(2-1-2)，将公式1矫正为公式1’，计算获得修正后的转子观测磁链和定子观测磁链公式5、公式1’如下，

K=Kkp+Kkis---(5)]]>

dψ^sdt=-RsσLsψ^s+RsLmσLsLrψ^r+vs+K sgn(is-i^s)ψ^r=LrLm(ψ^s-σLsis)---(1,)]]>

其中为符号开关函数，K_kp是滑模增益的PI比例增益，K_ki是PI的积分增益。