本發(fā)明涉及無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)：

在無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)本體、逆變器、傳感器和控制器組成，電機(jī)控制系統(tǒng)的分析和涉及大都基于逆變器和電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，逆變器根據(jù)控制器發(fā)出的開關(guān)信號(hào)調(diào)制出一定頻率和幅值的電壓脈沖序列，是一個(gè)典型的非線性環(huán)節(jié)，這些電壓脈沖作用在感性的電機(jī)繞組上產(chǎn)生連續(xù)的狀態(tài)電流，因此，逆變器和電機(jī)構(gòu)成了一個(gè)由離散事件驅(qū)動(dòng)連續(xù)狀態(tài)演化的混雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法是將功率開關(guān)器件看作一個(gè)理想器件,并對(duì)系統(tǒng)一個(gè)輸出周期的平均模型作為預(yù)測(cè)控制的一個(gè)單元,此種方法忽略了一個(gè)周期內(nèi)功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)這一典型的非線性環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，在現(xiàn)有技術(shù)中，描述了無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型，并基于此模型對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，可以得到較好的控制效果，但是由于此預(yù)測(cè)控制方法需要處理的數(shù)據(jù)龐大，并不利于硬件的實(shí)現(xiàn)，也限制了它在實(shí)際生活中的運(yùn)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)量、并且易于實(shí)際運(yùn)用的基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制方法，所述無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、無(wú)刷直流電機(jī)、傳感器以及控制器，所述無(wú)刷直流電機(jī)是由一個(gè)恒壓源、電機(jī)本體以及三相全橋逆變器組成，所述電機(jī)本體包括三相對(duì)稱星型繞組以及三相反電動(dòng)勢(shì)，所述三相全橋逆變器由六個(gè)功率開關(guān)器件兩兩串聯(lián)得到的三個(gè)半橋電路、分別并聯(lián)在六個(gè)功率開關(guān)器件上的六個(gè)二極管組成，所述三相繞組對(duì)應(yīng)著a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，所述a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組分別對(duì)應(yīng)連接在三相全橋逆變器的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，所述預(yù)測(cè)控制方法包括以下步驟：

(1)、將基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放入狀態(tài)估計(jì)器中，對(duì)該無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的一只功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并采樣得到一個(gè)系統(tǒng)輸出的狀態(tài)估計(jì)電流值ir；

(2)、對(duì)實(shí)際的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的一只功率開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)其輸出電流進(jìn)行采樣，并采樣得到一個(gè)實(shí)際的電流值io；

(3)、設(shè)定一個(gè)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，所述設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：g＝|ir-io|，其中ir為參考電流，io為實(shí)際輸出電流，并選取一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值g(i)作為初始參考值，將步驟(1)中采樣得到的狀態(tài)估計(jì)電流值ir和步驟(2)中得到的實(shí)際電流值io代入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中，求取狀態(tài)估計(jì)電流值與實(shí)際電流值之間的差值的絕對(duì)值；

(4)、將所求差值的絕對(duì)值輸入到控制器中，并將所求差值的絕對(duì)值與選取的初始參考值作比較，如果所求差值的絕對(duì)值小于初始參考值，那么就賦予該所求差值的絕對(duì)值為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值g(i)來(lái)作為初始參考值，并選取該所求差值的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)s(j)作為控制器下一時(shí)刻的輸出控制量，該輸出控制量分別輸入到狀態(tài)估計(jì)器中的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)際的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行下一采樣時(shí)刻的控制；如果所求差值的絕對(duì)值大于或等于初始參考值，那么就選取下一支功率開關(guān)器件從步驟(1)開始執(zhí)行。

本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)系統(tǒng)的歷史參數(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)參數(shù),即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，在本發(fā)明中,需要對(duì)輸出電流進(jìn)行預(yù)測(cè),而電流作為本設(shè)計(jì)的主要控制對(duì)象,由控制器根據(jù)實(shí)際無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器輸出信號(hào)與狀態(tài)估計(jì)器的輸出信號(hào)的比較信號(hào)作為參考輸出量，在完成系統(tǒng)未來(lái)時(shí)刻參數(shù)的估計(jì)后,設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),從而選取下一時(shí)刻的最優(yōu)控制量,達(dá)到預(yù)測(cè)控制的目的，該方法簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)量，提高和滿足了無(wú)刷直流電機(jī)的控制特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制，易于實(shí)際運(yùn)用。

作為優(yōu)先，所述的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型為：

其中，a、b、c為系統(tǒng)三相繞組：a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，l為電感，r為電阻，vdc為系統(tǒng)的電源電壓，i＝[ia、ib、ic]^t為系統(tǒng)的狀態(tài)向量；e＝[ea、eb、ec]^t為反電勢(shì)向量，可視為系統(tǒng)的連續(xù)輸入向量；為狀態(tài)系數(shù)矩陣；為連續(xù)輸入系數(shù)矩陣；為離散輸入系數(shù)矩陣，所述混合邏輯動(dòng)態(tài)模型考慮了無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的離散控制變遷又考慮了系統(tǒng)的連續(xù)狀態(tài)變遷。

作為優(yōu)先，無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型需要進(jìn)行離散化處理，對(duì)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)體模型進(jìn)行離散化處理為：i(k+1)＝a*i(k)+b1*e+b2*δ，其中,

ts為采樣周期，k表示第k個(gè)時(shí)刻，主要為了實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制的目的而進(jìn)行離散化處理，這樣在每一個(gè)離散時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行采樣,同時(shí)由控制器預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的輸出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的等效電路圖；

圖2為本發(fā)明無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法的流程圖；

具體實(shí)施方式

以下參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步描述發(fā)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明保護(hù)范圍并不受限于該具體實(shí)施方式。

本發(fā)明涉及無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制方法，基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模方法，所述無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電源、無(wú)刷直流電機(jī)、傳感器以及控制器，所述無(wú)刷直流電機(jī)是由一個(gè)恒壓源、電機(jī)本體以及三相全橋逆變器組成，所述電機(jī)本體包括三相對(duì)稱星型繞組以及三相反電動(dòng)勢(shì)，所述三相全橋逆變器由六個(gè)功率開關(guān)器件兩兩串聯(lián)得到的三個(gè)半橋電路、分別并聯(lián)在六個(gè)功率開關(guān)器件上的六個(gè)二極管組成，所述三相繞組對(duì)應(yīng)著a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，所述a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組分別對(duì)應(yīng)連接在三相全橋逆變器的三個(gè)橋臂的中點(diǎn)，所述預(yù)測(cè)控制方法包括以下步驟：

(1)、將基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放入狀態(tài)估計(jì)器中，對(duì)該無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的一只功率開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并采樣得到一個(gè)系統(tǒng)輸出的狀態(tài)估計(jì)電流值ir；

(2)、對(duì)實(shí)際的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的一只功率開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)其輸出電流進(jìn)行采樣，并采樣得到一個(gè)實(shí)際的電流值io，所述實(shí)際的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的功率開關(guān)器件與基于混合邏輯動(dòng)態(tài)模型的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的逆變器的功率開關(guān)器件相同；

(3)、在比較器中設(shè)定一個(gè)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，并選取一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值作為初始參考值，所述設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：g＝|ir-io|，其中ir為參考電流，io為實(shí)際輸出電流，將步驟(1)中采樣得到的狀態(tài)估計(jì)電流值ir和步驟(2)中得到的實(shí)際電流值io輸入到比較器中的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中，求取狀態(tài)估計(jì)電流值與實(shí)際電流值之間的差值的絕對(duì)值；

(4)、將所求差值的絕對(duì)值輸入到控制器中，并將所求差值的絕對(duì)值與選取的初始參考值作比較，如果所求差值的絕對(duì)值小于初始參考值，那么就賦予該所求差值的絕對(duì)值為初始參考值，并選取該所求差值的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)s(j)作為控制器下一時(shí)刻的輸出控制量，該輸出控制量分別輸入到狀態(tài)估計(jì)器中的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)際的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行下一采樣時(shí)刻的控制；如果所求差值的絕對(duì)值大于或等于初始參考值，那么就選取下一支功率開關(guān)器件從步驟(1)開始執(zhí)行；即在此時(shí)刻對(duì)下一時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)的輸出分別進(jìn)行計(jì)算，選取所求差值的絕對(duì)值所對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)作為系統(tǒng)下一時(shí)刻的控制量輸出。

作為優(yōu)先，所述的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型為：

其中，a、b、c為系統(tǒng)三相繞組：a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，l為電感，r為電阻，vdc為系統(tǒng)的電源電壓，i＝[ia、ib、ic]^t為系統(tǒng)的狀態(tài)向量；e＝[ea、eb、ec]^t為反電勢(shì)向量，可視為系統(tǒng)的連續(xù)輸入向量；為狀態(tài)系數(shù)矩陣；為連續(xù)輸入系數(shù)矩陣；為離散輸入系數(shù)矩陣，所述混合邏輯動(dòng)態(tài)模型考慮了無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的離散控制變遷又考慮了系統(tǒng)的連續(xù)狀態(tài)變遷。

作為優(yōu)先，無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型需要進(jìn)行離散化處理，對(duì)系統(tǒng)的混合邏輯動(dòng)體模型進(jìn)行離散化處理為：i(k+1)＝a*i(k)+b1*e+b2*δ，其中,

ts為采樣周期，k表示第k個(gè)時(shí)刻，k+1表示第k+1個(gè)時(shí)刻，主要為了實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制的目的而進(jìn)行離散化處理，這樣在每一個(gè)離散時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行采樣,同時(shí)由控制器預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的輸出。