[发明专利]一种SMPMSM驱动系统无模型预测转矩控制方法

说明书

本发明涉及一种SMPMSM驱动系统无模型预测转矩控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)在基于定子磁场定向的同步速旋转xy坐标系下，建立SMPMSM驱动系统的超局部模型；(2)在SMPMSM驱动系统的超局部模型基础上，进行可变时间间隔的离散空间矢量调制无模型预测转矩控制。本发明能够实现SMPMSM驱动系统的无模型预测转矩控制，摆脱对系统模型参数的依赖性，有效提升电机转矩控制的动态性能和鲁棒性；所提出的可变时间间隔离散空间矢量调制方法能够实现电机转矩和定子磁链稳态性能的同时提升。

技术领域

本发明涉SMPMSM驱动系统技术领域，尤其是一种SMPMSM驱动系统无模型预测转矩控制方法。

背景技术

随着微处理技术的革命性发展和计算能力的不断增长，能够实现非线性多约束系统实时控制的模型预测控制(Model Predictive Control,，MPC)获得了越来越多的应用。伴随着MPC的发展，模型预测转矩控制(Model Predictive Torque Control，MPTC)逐渐应用于永磁同步电机的控制，MPTC的PMSM驱动系统，不仅保持了直接转矩控制的高动态响应优势，而且可以实现更精确的逆变器电压矢量选择与转矩控制。对于有权重因子的MPTC，其代价函数中至少包含磁链与转矩两个控制目标，量纲不同，而且系统运行时的工况复杂，特定运行工况下的系统动稳态控制性能需求不相同，导致权重因子整定困难。为此，无权重因子的FCS-MPTC获得了研究关注。

目前无权重因子的有限控制集模型预测转矩控制(Finite Control Set ModelPredictive Torque Control，FCS-MPTC)技术存在以下缺陷：第一，将定子磁链限制在一定滞环带内，仅将电机转矩作为控制目标，虽然避免了权重因子整定，但定子磁链脉动较大；第二，将定子磁链与电机转矩两个控制目标转化成为定子磁链矢量单一控制目标，实现了无权重因子的代价函数设计，但需枚举逆变器所有开关状态。

将定子磁链与电机转矩误差代价函数转化成为逆变器参考电压矢量误差的代价函数，是实现无权重因子的FCS-MPTC的另一条有效途径。但是，FCS-MPTC的PMSM驱动系统，存在稳态转矩和磁链脉动较大的不足，此外，PMSM驱动系统不确定性与未知扰动并存所引起的模型失配，将导致定子磁链与电机转矩预测精度的下降，直接影响系统的控制性能及鲁棒性。现有技术利用增量模型消除永磁体磁链参数的失配影响，再通过滑模观测器消除电感参数失配影响，但是现有技术没有统筹考虑系统未建模动态、未知扰动和逆变器非线性对系统控制性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现模型预测转矩控制的SMPMSM驱动系统控制性能和鲁棒性同时提升，简化算法实现的SMPMSM驱动系统无模型预测转矩控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种SMPMSM驱动系统无模型预测转矩控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)在基于定子磁场定向的同步速旋转xy坐标系下，建立SMPMSM驱动系统的超局部模型；

(2)在SMPMSM驱动系统的超局部模型基础上，进行可变时间间隔的离散空间矢量调制无模型预测转矩控制。

所述步骤(1)具体是指：建立定子磁场定向的同步速旋转的xy坐标系：在定子磁场定向的同步速旋转的xy坐标系、转子磁场定向的同步速旋转的dq坐标系、两相静止αβ坐标系下，θ_s为定子磁场旋转角度，θ_r为转子磁场的旋转角度，δ为定子磁场与转子磁场的夹角，称为转矩角，ω_r，ω_s分别表示转子和定子旋转电角速度；

将转矩参考指令转化为转矩角参考指令，将转矩对时间求导，得到转矩的变化率为：