[发明专利]一种基于广义模型预测的永磁同步电机控制方法

说明书

本发明提供了一种基于广义模型预测的永磁同步电机控制方法，基于转速、电流双闭环结构实现，转速环控制器使用经典的PI控制器，电流环控制器采用新型电流环控制方法，以本周期和上周期的电流反馈值以及电流参考值作为电流调节器的输入，并通过配置极点位置获得权重系数。本发明解决了传统广义模型预测控制器参数依靠经验调节，算法实现困难的问题，从配置极点位置的直观方式来决定未定参数，从而使得系统能够实现较优的控制性能。此外，还解决了传统PI控制不能够任意配置极点的问题。本发明中极点位置能够直接确定，解决了两种传统控制方式中的所有问题。本发明能够确保所设计系统处于稳定状态，且能够使得系统拥有较好的动态性能。

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及电机控制方法，更为具体的说，是涉及一种基于广义模型预测控制的新型永磁同步电机电流环控制方法。

背景技术

永磁同步电机由于具有效率高，体积小，结构简单等特点。近几年广泛应用于航空航天，家电，电动汽车领域。但是现阶段主要的控制方式为PI控制，由于PI的特有形式决定了采用这种方式的控制带宽不是很高，其次因为控制对象即电机的极点会随着转速的变化而变化，所以采用传统的PI控制很难在全速段的范围内都能达到一个高性能的控制特性。

而广义模型预测控制作为近几年较为新颖的控制方式，得到了广泛的关注和应用。从预测控制的多时域性可知，这种算法会造成需要计算的矩阵阶数过高从而对硬件要求较高，此外算法过于复杂，开关频率受到限制。此外现有控制方法中对于权重系数的选择一直没有给出较好的方式，使得该系数大多数情况下都是依赖于经验调节，很难取到较优的控制性能，或者需要很大的工作量来选取该参数。对于凸极机来说，由于电感的差异很难对控制对象进行建模从而对PI参数进行整定，因此传统的PI控制虽然不需要基于模型就能够使用，但是单靠经验调节的参数很难取得较好的控制效果。

发明内容

为了提高电流环带宽，解决传统PI控制易饱和，动态响应较慢，解决传统广义预测控制计算量较大，对硬件要求较高且参数难以选择的问题，本发明公开了一种基于广义预测控制的新型电流环控制方法，相较于传统的广义模型预测控制，该电流控制器以配置极点位置为基础，保证了系统的稳定性和电流环高带宽的特性，且相较于传统的广义模型预测控制方法实现上更为简便。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于广义模型预测的永磁同步电机控制方法，基于转速、电流双闭环结构实现，采用基于广义预测控制的电流环控制器，电流环控制器以本周期和上周期的电流反馈值以及电流参考值作为电流调节器的输入，输出为u_d,u_q，新型电流环控制方法的控制规律公式如下：

ΔU＝B^-1K₂(w-y(k))-B^-1(A-K₁)ΔX

其中，y(k)＝x(k)为状态变量，即w为给定值，B矩阵为电机增量式方程的输入矩阵，A矩阵为电机增量式方程的系统矩阵；

其中，

x₁,x₂为两个极点的位置；

通过以上控制方式，使得电流能够在短时间内跟踪给定值。

由于传统的广义模型预测控制的权重系数采用经验调节的方式，而且很难取得所需的控制效果。由于改变权重系数也就是改变了系统的传递函数，因此本发明电流环控制方法以广义预测控制为基础，结合现代控制理论和经典控制理论，并采用配置极点位置作为参考的直观方式来决定权重系数。

进一步的，由于系统是在离散域进行分析，因此为确保系统的稳定行以及能够实现较宽的环宽，应该将极点配置在距离单位圆圆心较近的地方。