[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

说明书

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，包括以下步骤：建立永磁同步电机无差拍电流预测控制数学模型；基于无差拍预测控制理论，设计电流环控制器；基于滑模变结构控制理论，设计滑模扰动观测器，并设计李雅普诺夫函数；使用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。本发明提供的控制方法在安装位置传感器时，尽管电机参数不匹配，仍可通过无差拍电流预测控制实现精确的电流调节；以及在没有配备位置传感器但具有较好电机参数估计时，可以准确提取转子位置进行无位置传感器控制。

技术领域

本发明属于永磁同步电机领域，特别涉及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。

背景技术

对于功率转换器和电机驱动，内部电流环在实现整个控制系统的良好性能方面起着重要作用。在过去的几十年中，已经研究了许多方法用于高性能电流控制，包括滞后控制、滑模变结构控制以及预测控制等。

无差拍预测控制在每个采样周期利用系统的预测模型计算出所需电压的矢量，使得状态变量在下个周期能够跟随给定值，然后利用调制器产生这个电压矢量。无差拍控制己经应用十三相逆变器，有源滤波器，整流器功率因数校正器，不间断电源，DC-DC变换器等。无差拍预测控制算法由于其良好的动态性能、计算简单、开关频率固定、易于在数字控制系统中实现、相电流谐波含量低等优点被用于一些高性能要求的场合。

传统的无差拍预测控制是基于精确的电机模型的，在参数失配时导致电流出现稳态误差，甚至使系统不稳定，系统的鲁棒性差，严重时甚至影响系统的稳定运行。

为了实现永磁同步电动机的高性能电流控制，通常需要准确的转子位置信息。无位置传感器的运行是恶劣环境和低成本应用中的首选。

因此，如何消除电机参数不匹配问题对传统无差拍电流预测控制性能带来的影响，以及当具有良好的参数估计，但没有位置传感器的情况下如何获取转子位置信息，是永磁同步电机驱动中急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，在安装位置传感器时，尽管电机参数不匹配，仍可通过无差拍电流预测控制实现精确的电流调节；以及在没有配备位置传感器但具有较好电机参数估计时，可以准确提取转子位置进行无位置传感器控制。

为了解决上述技术问题提出的技术方案为：

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，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(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；