[发明专利]一种异步电机广义级联模型预测磁链控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种异步电机广义级联模型预测磁链控制方法，包括：根据外环转速PI调节器，得到转矩指令，设定磁链幅值指令；根据计算得到的定子磁链和定子电流，预测k+1时刻的定子磁链和转矩；根据得到的所述转矩指令和磁链幅值指令，得到的所述预测k+1时刻的定子磁链和转矩，构造磁链目标函数和转矩目标函数；根据得到的所述磁链目标函数或转矩目标函数，生成最优候选电压矢量，构建逆变器每个开关管的驱动信号。本发明提供的异步电机广义级联模型预测磁链控制方法和装置，解决了传统模型预测控制方案中，需要对权重系数进行反复调试的问题。

技术领域

本发明涉及高性能异步电机调速控制领域，特别是指一种异步电机广义级联模型预测磁链控制方法及装置。

背景技术

模型预测控制方法原理简单、易于实现多变量控制、易于解决非线性约束等问题，通过在线滚动优化的方式得到最优解。近年来大量学者对模型预测控制在电力传动领域中的应用展开广泛研究。传统方案的控制变量是量纲不一致的电磁转矩和定子磁链幅值，为实现系统在各种工况下均有良好的动静态性能，需要通过反复仿真和试验来确定合适的权重系数，大大降低了控制算法的通用性和实用性。

为解决繁复的权重系数设计问题，有学者提出了一些解决方法，。如文献《Predictive Torque Control of Induction Machines Based on State-Space Models》将权重系数设计为额定转矩与额定定子磁链幅值的比值，但是这种设计方式并不是全局的最优解，在一些运行情况下电机会出现明显振荡现象。如文献《Predictive Torque andFlux Control Without Weighting Factors》首先计算磁链和转矩两个目标函数，然后对所有矢量在这两个目标函数下的值进行排序，进而综合得到最佳电压矢量。这种方法虽然省去了权重系数的设计过程，但额外的在线排序增加了算法的复杂度，不利于算法的工业实际应用。总之，现有这些方法大都比较复杂，实用性不强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种通用性强、低复杂度的控制方法，能显著提升控制效果，同时解决传统模型预测控制中需要对权重系数进行反复调试的问题的异步电机广义级联模型预测磁链控制方法和装置。

基于上述目的，本发明提供的异步电机广义级联模型预测磁链控制方法，包括：

根据外环转速PI调节器，得到转矩指令，设定磁链幅值指令；

根据计算得到的定子磁链和定子电流，预测k+1时刻的定子磁链和转矩；

根据得到的所述转矩指令和磁链幅值指令，得到的所述预测k+1时刻的定子磁链和转矩，构造磁链目标函数和转矩目标函数；

根据得到的所述磁链目标函数或转矩目标函数，生成最优候选电压矢量。

进一步的，所述根据外环转速PI调节器，得到转矩指令的步骤包括：

设转矩指令表示为

通过公式计算得出所述转矩指令，其中k_p和k_i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益，s表示微分，表示速度指令，ω_r表示电机实际转速；

直接设定磁链幅值指令

进一步的，所述根据计算得到的定子磁链和定子电流，预测k+1时刻的定子磁链和转矩的步骤包括：

(1)通过电流采样得到当前k时刻的定子电流以及重构电压由全阶观测器计算得到定子磁链

(2)根据得到的定子磁链和定子电流预测k+1时刻的定子磁链和转矩预测表达式为：