[发明专利]一种基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法

权利要求书

1.一种基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

(1)建立永磁同步电机无差拍电流预测控制数学模型；

(2)基于无差拍预测控制理论，设计电流环控制器；

(3)基于滑模变结构控制理论，设计滑模扰动观测器，并通过设计李雅普诺夫函数保证滑模扰动观测器的稳定性；

(4)使用电流环控制器和滑模扰动观测器分别实现鲁棒电流控制和无位置传感器控制；在步骤(2)中，所述电流环控制器为：

其中，i_dref保持为零，为第k采样时刻的转子速度，为第k采样时刻的转子位置，i_dref为d轴电流参考值，为第k采样时刻q轴的电流参考值，为第(k+2)采样时刻q轴的电流参考值，为第(k+2)采样时刻d轴的电流参考值，为第(k+2)采样时刻的电流参考值，为第(k+1)采样时刻的输出定子电压；为第(k+1)采样时刻的定子电流值，为第(k+1)采样时刻的转子速度，为第(k+1)采样时刻的转子位置，是第(k+1)采样时刻的电流参考值，R_s是定子电阻，L_s是定子电感，ψ_f是永磁转子磁链大小，T_s为采样周期。

2.根据权利要求1所述的基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述建立永磁同步电机无差拍电流预测控制数学模型的方法包括：

(1-1)在α-β两相静止坐标系中，建立用复矢量的形式表示的表贴式PMSM的状态方程：

其中，u_s＝u_sα+j·u_sβ，i_s＝i_sα+j·i_sβ是定子电压矢量和定子电流矢量，R_s是定子电阻，L_s是定子电感，ω_e是电机转子转速，ψ_f是永磁转子磁链大小，j表示一个复数的虚部分量，θ_e为转子位置，u_sα和u_sβ分别为α、β轴定子电压，i_sα和i_sβ分别为α、β轴定子电流；

(1-2)用欧拉法离散化表贴式PMSM的状态方程，得到PMSM的电流预测模型为：

其中，上标k表示第k个采样时刻，T_s为采样周期。

3.根据权利要求2所述的基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法，其特征在于，所述第(k+1)采样时刻的输出定子电压根据第k个采样时刻施加的定子电压计算，所述施加的定子电压为：

4.根据权利要求3所述的基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述设计滑模扰动观测器的方法包括：

(3-1)根据估计电感和估计电阻重写系统模型：

其中，f_d为用于补偿不准确的模型参数导致的干扰电压，其导数表示为：

其中，是电机参数的误差；

(3-2)根据式(6)和式(8)，设计的滑模扰动观测器为：

其中，F_ds是补偿建模误差的滑模控制函数，是估计的干扰电压，k_d是的自适应增益，是电流的估计值。

5.根据权利要求4所述的基于多用途扰动观测器的永磁同步电机无差拍电流预测控制方法，其特征在于，在所述滑模扰动观测器中，选取电流跟踪误差作为滑模面：

其中，式(12)为指数趋近律，sgn(S)是开关函数，λ和l为正参数；为降低噪声灵敏度和高频抖振，将sgn(S)近似重新排列如下：

其中，ρ是一个很小的正数，为衰减稳定运行时的抖振。