[发明专利]一种开关磁阻轮毂电机自抗扰模型预测控制器构造方法

权利要求书

1.一种开关磁阻轮毂电机自抗扰模型预测控制器构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测模块采集k时刻的电流i_k和角度信号θ_k，由速度计算模块通过角度计算出k时刻转速ω_k，将采集的k时刻的电流i_k和角度信号θ_k输入MPC控制器，通过该MPC控制器预测出k+1时刻的磁链值ψ_k+1，进而计算出k+1时刻的电流值i_k+1，在MPC控制器中将给定参考电流i_ref通过成本函数模块实现电流跟踪控制，成本函数模块输出开关量占空比u_k，进而功率变换器通过开关量占空比u_k控制开关管的通断时间，保证开关磁阻电机的运行；最后将采集的速度信号ω_k输入自抗扰控制器中，并给定参考转速，通过该自抗扰控制器得出预测模块给定的参考电流i_ref。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻轮毂电机自抗扰模型预测控制器构造方法，其特征在于，MPC控制器的构建过程为：

2.1)建立开关磁阻电压平衡方程；

为减小电流模型预测控制器的计算负担，忽略涡流、相邻相之间的互感，得到开关磁阻电机电压动态平衡方程：

其中i(t)和v(t)分别为连续时间下的相电流和相电压，R_res为相电阻，由于开关磁阻电机固有的非线性特性，相电感L与转子位置θ和相电流i(t)有关，表示为L(θ，i(t))，为时变参数，ψ(t)为连续时间下的磁链值，与电感和电流有关，记为ψ(i(t)，L(θ，i(t)))；

2.2)建立单步预测模型，采集k时刻位置和电流值，即可预测k+1时刻的电流值；

将开关磁阻电机电压动态方程进行离散化，假设相电感在一个采样周期内保持不变，采用欧拉离散公式可以得到电压方程的离散公式

其中a_k＝(1-RT_s/L_k)，b_k＝V_dcT_s，c_k＝1/L_k，T_s为采样周期，L_k为k时刻的电感，V_dc为外接电源电压，u_k为PWM波占空比，用于控制功率变换器中的开关器件；

2.3)建立多步预测模型，采集k时刻位置和电流值，即可预测在预测时域P内的电流值，并得到控制时域M内的控制变量Uk；

模型预测控制具有线性系统的叠加性，因此改写为的矩阵形式

其中M为控制时域，P为预测时域(M＜P)，为由k时刻磁链ψ_k预测的磁链矩阵，包含预测时域P内的各时刻的磁链值，A_k与B_k为系数矩阵，U_k为由k时刻所预测的控制变量矩阵，包含控制时域M内各时刻的占空比；

模型预测控制是采用最优的控制量来实现控制目标，采用线性二次型成本函数来寻找最优控制量，通过成本函数可以计算出k时刻的最优控制量u_k，并将该最优控制量输入给功率变换器控制开关管的导通时间。

3.根据权利要求2所述的一种开关磁阻轮毂电机自抗扰模型预测控制器构造方法，其特征在于，采用线性二次型成本函数来寻找最优控制量为：

其中Q和R分别为误差权重因子和控制权重因子，为k时刻所预测的电流矩阵，I_ref为给定的电流的参考值，设定目标值减小电流脉动。