[发明专利]永磁同步电机的强鲁棒性模型预测控制方法及系统

权利要求书

1.一种永磁同步电机的强鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：构建永磁同步电机的有限集预测模型；

步骤S2：构建基于二阶滑模变结构的永磁同步电机扰动观测器；

步骤S3：利用观测器获得扰动观测值；构造扰动控制器，计算dq轴补偿电压；

步骤S4：根据dq轴补偿电压，构造出逆变器各开关状态下含有补偿电压的dq轴控制电压；

步骤S5：构建强鲁棒性模型预测控制的目标函数，选取令目标函数值最小的逆变器桥臂上的开关状态作为该逆变器当前周期的开关控制输出，以抑制永磁同步电机中存在的扰动；

所述永磁同步电机的有限集预测模型为电机dq轴定子电流预测模型；

所述步骤S1具体包括以下步骤：

构建永磁同步电机的有限集预测模型，其表达式为：

式中，L_{d_mea}、L_{q_mea}为测量出的d、q轴电感值，R_{s_mea}为测量出的定子绕组电阻，Ψ_f为永磁体磁链，p为电机极对数，i_d(k)、i_q(k)为k时刻的d、q轴电流值，u_d(k)、u_q(k)为k时刻的d、q轴电压值，ω_m(k)为k时刻电机转速，T为采样时间，i_d(k+1)、i_q(k+1)为估算得到的k+1时刻的d、q轴预测电流值；

所述步骤S2具体包括以下步骤：

构造基于二阶滑模变结构的永磁同步电机扰动观测器，其表达式为：

式中，f_d(k)、f_q(k)为k时刻获得的d、q轴扰动观测值，为k时刻估算出的d、q轴电流值，j＝0,1,2,…,k，sign(x)为符号函数，λ₁和λ₂为滑模系数，且λ₁和λ₂的选取满足下式：

其中，max为取最大值，min为取最小值。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的强鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

利用扰动观测器获得k时刻扰动观测值f_d(k)和f_q(k)；构造d、q轴上的扰动控制器，计算dq轴补偿电压，表示为：

式中，u_{d_com}(k)、u_{q_com}(k)为k时刻d、q轴的补偿电压，u_{d_com}(k-1)、u_{q_com}(k-1)为k-1时刻d、q轴的补偿电压，初始值均为0；f_{d_err}(k)、f_{q_err}(k)为k时刻d、q轴的跟踪误差，k_{p_d}和k_{i_d}为d轴上扰动控制器的两个参数，k_{p_q}和k_{i_q}为q轴上扰动控制器的两个参数，k_{p_d}、k_{i_d}、k_{p_q}和k_{i_q}满足以下条件：

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的强鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41：逆变器在k时刻控制操作的开关状态共K组，记第m组开关状态为S_m，其控制电压表达式为：

式中，u_unm、u_vnm和u_wnm分别为逆变器第m组开关状态S_m下的三相相电压，θ(k)为k时刻转子位置角，u_dm(k)、u_qm(k)为k时刻逆变器第m组开关状态S_m下的d、q轴控制电压值；m＝1,2,…,K；

S42：构建补偿后的逆变器第m组开关状态S_m下的dq轴控制电压值，即u_{dm_com}(k)和u_{qm_com}(k)，其表达式为：