永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置，所述方法包括：獲取在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流、定子電壓；構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流和參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值；依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流值等于電流指令值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式；并利用觀測器預(yù)測的下一拍電流值作為電流反饋，計(jì)算得到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的指令電壓；進(jìn)一步將該指令電壓與觀測器估計(jì)的參數(shù)擾動(dòng)相加作為最終的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器指令電壓，最后通過SVPWM裝置產(chǎn)生控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。本方法能夠預(yù)測下一拍電流的同時(shí)估計(jì)參數(shù)擾動(dòng)，當(dāng)存在參數(shù)失配問題時(shí)可有效抑制電流跟蹤靜態(tài)誤差，減少電機(jī)諧波電流，優(yōu)化電流控制性能。
【專利說明】
永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無差拍電流預(yù)測控制技術(shù)在電機(jī)離散數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，能夠準(zhǔn)確預(yù)測下一控制 周期的電壓矢量，從而使得電機(jī)電流能夠在施加該電壓矢量后的一個(gè)周期內(nèi)準(zhǔn)確跟蹤指令 電流(或電流指令），具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)特性。目前，無差拍電流預(yù)測控制技術(shù)已經(jīng) 得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而，這一控制技術(shù)本質(zhì)上是一種基于模型的電流控制方法，對于 電機(jī)模型的依賴度比較高，當(dāng)電機(jī)模型的參數(shù)失配時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電流出現(xiàn)靜態(tài)誤差與振 蕩，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)的性能。
[0003] 為此，國內(nèi)外學(xué)者對參數(shù)失配狀態(tài)下的電機(jī)電流預(yù)測控制進(jìn)行了研究。已有方法 中，例如：專利文獻(xiàn)CN201510455057.5與文獻(xiàn)《An adaptive robust predictive current control for PMSM with online inductance identification》，通過電感辨識(shí)抑制了電 感參數(shù)失配對電流跟蹤性能產(chǎn)生的影響，但忽略了電機(jī)模型中電阻與永磁磁鏈參數(shù)失配的 影響。還有其他一些控制方法雖然能夠?qū)δＰ蛥?shù)失配進(jìn)行補(bǔ)償，但需要引入PI調(diào)節(jié)或積 分調(diào)節(jié)，使得控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，例如文獻(xiàn)《Analysis and implementation of a real-time predictive current controller for permanent-magnet synchronous servo drives〉〉。
[0004] 為了提高電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，目前為了減小一拍控制延遲對系統(tǒng)控制性能的影 響，提出了多種控制方法，但是，這些方法都無法消除參數(shù)失配導(dǎo)致的電流靜差，例如:專利 文獻(xiàn)CN201210379496.9。因此，目前還沒有一種電流控制方法能夠同時(shí)滿足以下條件：1)能 夠?qū)ο乱慌碾娏髦颠M(jìn)行預(yù)測的同時(shí)估計(jì)參數(shù)擾動(dòng);2)參數(shù)失配時(shí)同時(shí)補(bǔ)償控制延時(shí)與電流 靜態(tài)誤差;3)可以很容易與已有電流預(yù)測控制方法相集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置， 能夠增強(qiáng)對電機(jī)參數(shù)失配的自適應(yīng)性，從而提高了參數(shù)失配情況下電流預(yù)測控制的效果。
[0006] 基于上述目的本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法，包括：
[0007] 獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換，得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流； 從輸入SVPWM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電壓；
[0008] 獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，將兩相 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，預(yù)測得 到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值；
[0009] 根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流值等于電流指令 值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式；
[0010]將預(yù)測得到的下一時(shí)刻電機(jī)定子電流，輸入所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá) 式，得到電壓指令信號；
[0011]將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓指令信號，然后 通過SVPWM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。
[0012] 優(yōu)選的，所述坐標(biāo)變換的公式為：
[0013]
[0014]
[0015] 兵甲，lau)，lbU)，lcU)甘別73電機(jī)的二TO電流，id(k)，ifi(k)分別為兩相靜止坐 標(biāo)系下的兩相電流，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流，Θ為轉(zhuǎn)子位置信息， k指當(dāng)前時(shí)刻。
[0016] 優(yōu)選的，所述構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器的步驟包括：
[0017] 根據(jù)獲取的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流以及估計(jì)電流，得到滑模切換面；
[0018] 采用滑模指數(shù)趨近律以及滑模切換面得到滑?？刂坪瘮?shù)；
[0019] 然后根據(jù)電機(jī)電角速度、控制周期、定子電阻、定子電感、永磁磁鏈、電機(jī)定子電流 和電機(jī)定子電壓，結(jié)合滑?？刂坪瘮?shù)，構(gòu)建出電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)。
[0020] 進(jìn)一步，
[0021 ]所述滑模切換面的表達(dá)式為：
[0022] ^其中，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流， ) &(幻和ζ (幻為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電流，sd(kWPsq(k)為滑模切換面的計(jì)算值；
[0023] 所述滑模指數(shù)趨近律的表達(dá)式為：
[0024]
其中，ki、A均為滑模指數(shù)趨近律的參數(shù)；
[0025]所述滑?？刂坪瘮?shù)的表達(dá)式為：
[0026]
其中，L為定子電感、R為定子電阻，Udsm。和U qsm。 分別為滑?？刂坪瘮?shù)的計(jì)算值；
[0027] 所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式為：
[0028]
[0029]
[0030] 其中Tsc為控制周期，R為定子電阻，L為定子電感，itf為永磁磁鏈，Ud(k)和Uq(k)分別 為電機(jī)定子電壓，《e(k)為電機(jī)電角速度，/d0)和/；(幻分別為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電 流，1(衫和./>:)為參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值，gd、gq均為滑模觀測器增益，k為當(dāng)前時(shí)刻，k+Ι為下一 時(shí)刻。
[0031 ]優(yōu)選的，所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式為：
[0032]
[0033]
[0034] 其中，+1)與ζ認(rèn)+1)均為電流指令。
[0035] 進(jìn)一步，所述修正的電壓指令信號的表達(dá)式為：
[0036]
[0037] 其中，U〗和U;分別為修正的電壓指令信號。
[0038] 本發(fā)明還公開了一種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置，包括：
[0039] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于檢測并獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換，得到在兩相旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流;從輸入SVPWM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī) 定子電壓;獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息;將獲取的電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電 壓、轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息發(fā)送給觀測器構(gòu)建模塊；
[0040] 觀測器構(gòu)建模塊，用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電 壓、轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，并構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的 電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電 機(jī)定子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值;將預(yù)測得到的下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流發(fā)送給電 壓指令計(jì)算模塊，將參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值發(fā)送給開關(guān)控制模塊；
[0041] 預(yù)測控制模塊，用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際 電流值等于電流指令值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式；
[0042]電壓指令計(jì)算模塊，用于將所述觀測器構(gòu)建模塊發(fā)送的下一時(shí)刻的電機(jī)定子電 流，輸入所述預(yù)測控制模塊中的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，得到電壓指令信號;將 電壓指令信號發(fā)送給開關(guān)控制模塊；
[0043]開關(guān)控制模塊，用于將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的 電壓指令信號，然后通過SVPWM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。
[0044] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置通過 構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流和參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值，通過 永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型構(gòu)建得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，將定子電流代 入后得到電壓指令信號，令參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓指令信 號，然后通過SVPWM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測 控制方法及裝置通過電流與擾動(dòng)滑模觀測器能夠同時(shí)獲得參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值和下一拍定子 電流，因此無需單獨(dú)設(shè)計(jì)電流觀測器補(bǔ)償數(shù)字控制的一拍延遲問題，簡化了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu);對電機(jī)數(shù)學(xué)模型中包含的全部參數(shù)失配具有魯棒性，改善了傳統(tǒng)方法只能抑制特定參 數(shù)失配所導(dǎo)致的電流跟蹤靜差問題;能夠與已有電流預(yù)測控制方法相集成，從而使得已有 控制方法在參數(shù)失配情況下仍可高性能運(yùn)行，擴(kuò)展其運(yùn)行范圍。具有擴(kuò)展性強(qiáng)，簡單易實(shí)現(xiàn) 等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0047] 圖3為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框 圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明提供的基于電流與擾動(dòng)滑模觀測器的電流預(yù)測控制框圖；
[0049] 圖5a為未采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第一仿 真結(jié)果不意圖；
[0050] 圖5b為未采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第二仿 真結(jié)果不意圖；
[0051] 圖5c為未采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第三仿 真結(jié)果不意圖；
[0052] 圖6a為采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第一仿真 結(jié)果示意圖；
[0053] 圖6b為采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第二仿真 結(jié)果示意圖；
[0054] 圖6c為采用電流與擾動(dòng)觀測器時(shí)在參數(shù)失配下的直軸電流、交軸電流的第三仿真 結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0056]需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中所有使用"第一"和"第二"的表述均是為了區(qū)分兩 個(gè)相同名稱非相同的實(shí)體或者非相同的參量，可見"第一" "第二"僅為了表述的方便，不應(yīng) 理解為對本發(fā)明實(shí)施例的限定，后續(xù)實(shí)施例對此不再一一說明。
[0057]參照圖1所示，為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法的一個(gè)實(shí)施例的 流程圖。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法，包括：
[0058]步驟101，檢測并獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換，得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 的電機(jī)定子電流;從輸入SVPWM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電壓； [0059]其中，通常采用電流傳感器采集電機(jī)的三相電流，當(dāng)然也可以通過其他方式獲得 電機(jī)的三相電流，這里三相電流通常是指電機(jī)定子的定子電流。所述坐標(biāo)變換是指將三相 電流值變換為兩相坐標(biāo)下的電流值，最后得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流。所述 SVPWM裝置是采用SVPWM的空間矢量脈寬調(diào)制裝置，用于以三相對稱正弦波電壓供電時(shí)三相 對稱電機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形 成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。基于死區(qū)等影響對于電流控制的 影響不是特別顯著，因此，在忽略死區(qū)等影響的情況下，能夠從輸入的電壓指令信息中獲得 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電壓。所述輸入的電壓指令信息是指未加入電流與擾動(dòng)滑模 觀測器時(shí)，系統(tǒng)中用于電流控制的電壓指令，當(dāng)然還可以由其他的方式獲得電壓指令。 [0060]步驟102,檢測并獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模 觀測器，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀 測器中，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值；
[0061]其中，通常采用電機(jī)位置傳感器檢測并得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子位置信 息，所述位置信息通常指轉(zhuǎn)子的電角度。根據(jù)獲得的參數(shù)以及控制系統(tǒng)的其他常用參數(shù)，能 夠構(gòu)建基于電流與擾動(dòng)的滑模觀測器，并且得到觀測器的表達(dá)式或控制方程式。將步驟101 中的電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓輸入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，能夠預(yù)測得到下一 時(shí)刻的電機(jī)定子電流和參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值。
[0062] 步驟103,根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流值等于 電流指令值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式；
[0063] 其中，所述永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型是指各類代表永磁同步電機(jī)運(yùn)行參數(shù)之 間的關(guān)系表達(dá)式，依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流值等于電流指令值的原理，結(jié)合永磁同步電機(jī) 的數(shù)學(xué)模型，能夠推導(dǎo)出永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式。
[0064] 步驟104,將預(yù)測得到的下一時(shí)刻電機(jī)定子電流，輸入所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測 控制表達(dá)式，得到電壓指令信號；
[0065] 其中，將步驟102中預(yù)測得到的下一時(shí)刻電機(jī)定子電流輸入所述永磁同步電機(jī)電 流預(yù)測控制表達(dá)式，能夠得到一個(gè)電壓指令信號。
[0066] 步驟105,將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓指令信 號，然后通過SVPWM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。
[0067] 其中，所述控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號通常為六路脈沖信號。
[0068] 由上述實(shí)施例可知，所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法通過構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑 模觀測器，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流和參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值，通過永磁同步電機(jī)的離 散數(shù)學(xué)模型構(gòu)建得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，將定子電流代入后得到電壓指令 信號，令參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓指令信號，然后通過SVPWM 裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法及裝置在 參數(shù)失配時(shí)，通過電流與擾動(dòng)滑模觀測器能夠同時(shí)獲得參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值和下一拍定子電 流，因此無需單獨(dú)設(shè)計(jì)電流觀測器補(bǔ)償數(shù)字控制的一拍延遲問題，簡化了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 對電機(jī)數(shù)學(xué)模型中包含的全部參數(shù)失配具有魯棒性，改善了傳統(tǒng)方法只能抑制特定參數(shù)失 配所導(dǎo)致的電流跟蹤靜差問題。同時(shí)，基于電流與擾動(dòng)滑模觀測器的電流預(yù)測控制方法是 在傳統(tǒng)電流預(yù)測控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述的方法能夠與已有電流預(yù)測控制方法相集 成，從而使得已有控制方法在參數(shù)失配情況下仍可高性能運(yùn)行，擴(kuò)展其運(yùn)行范圍。具有擴(kuò)展 性強(qiáng)，簡單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0069] 在本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述坐標(biāo)變換的公式為：
[0070]
[0071]
[0072]其中，ia(k)，ib(k)，Uk)分別為電機(jī)的三相電流，以1〇，以1〇分別為兩相靜止坐 標(biāo)系下的兩相電流，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流，Θ為轉(zhuǎn)子位置信息， k指當(dāng)前時(shí)刻，例如id (k)是指k時(shí)刻的電流值。
[0073] 通過將電機(jī)定子的三相電流先通過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流值，然 后轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流值。
[0074] 在本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器的步驟包括：
[0075] 根據(jù)獲取的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流以及估計(jì)電流，得到滑模切換面；
[0076] 采用滑模指數(shù)趨近律以及滑模切換面得到滑?？刂坪瘮?shù)；
[0077] 然后根據(jù)電機(jī)電角速度、控制周期、定子電阻、定子電感、永磁磁鏈、電機(jī)定子電流 和電機(jī)定子電壓，結(jié)合滑?？刂坪瘮?shù)，構(gòu)建出電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)。
[0078] 進(jìn)一步，所述滑模切換面的表達(dá)式為：
(^
[0079] ^其中，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流， ? &(幻和為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電流，Sd(kWPSq(k)為滑模切換面的計(jì)算值；
[0080] 所述滑模指數(shù)趨近律的表達(dá)式為：
[0081]
.中，1^、λ均為滑模指數(shù)趨近律的參數(shù)，可以根據(jù)需要相應(yīng) 的設(shè)置1α、λ的值；
[0082]所述滑?？刂坪瘮?shù)的表達(dá)式為：
[0083]
沖，L為定子電感、R為定子電阻，Udsm。和Uqsm。 分別為滑?？刂坪瘮?shù)的計(jì)算值；
[0084] 所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式為：
[0087] 其中Tsc為控制周期，R為定子電阻，L為定子電感，itf為永磁磁鏈，Ud (k)和Uq (k)分別 為電機(jī)定子電壓，《e(k)為電機(jī)電角速度，和/qp)分別為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電 流，和.?(幻為參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值，gd、gq均為滑模觀測器增益，k為當(dāng)前時(shí)刻，k+Ι為下一 時(shí)刻。
[0088] 在本發(fā)明一些較佳的實(shí)施例中，所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式為：
[0091] 其中，α( + ι)與ζ(々 + 1)均為電流指令。[0092]進(jìn)一步，所述修正的電壓指令信號的表達(dá)式為：
[0089]
[0090]
[0093]
[0094] 其中，U|和1?分別為修正的電壓指令信號。
[0095] 參照圖2所示，為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的 結(jié)構(gòu)示意圖。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置，包括：
[0096]數(shù)據(jù)獲取模塊201，用于檢測并獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換，得到在兩相 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流;從輸入SVPWM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的 電機(jī)定子電壓;獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息;將獲取的電機(jī)定子電流、電機(jī)定 子電壓、轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息發(fā)送給觀測器構(gòu)建模塊202;
[0097]觀測器構(gòu)建模塊202,用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊201發(fā)送的電機(jī)定子電流、電機(jī) 定子電壓、轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，并構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下的電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，預(yù)測得到下一時(shí) 刻的電機(jī)定子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值;將預(yù)測得到的下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流發(fā) 送給電壓指令計(jì)算模塊204，將參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值發(fā)送給開關(guān)控制模塊205;
[0098]預(yù)測控制模塊203,用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí) 際電流值等于電流指令值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式；
[0099]電壓指令計(jì)算模塊204,用于將所述觀測器構(gòu)建模塊202發(fā)送的下一時(shí)刻的電機(jī)定 子電流，輸入所述預(yù)測控制模塊203中的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，得到電壓指令 信號;將電壓指令信號發(fā)送給開關(guān)控制模塊205;
[0100]開關(guān)控制模塊205,用于將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正 的電壓指令信號，然后通過SVPWM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。
[0101] 由上述實(shí)施例可知，所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置通過所述觀測器構(gòu)建模 塊202構(gòu)建基于電流與擾動(dòng)的滑模觀測器，并預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流和參數(shù)擾 動(dòng)估計(jì)值;通過所述預(yù)測控制模塊203得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式;通過所述電 壓指令計(jì)算模塊204得到電壓指令信號，進(jìn)而通過所述開關(guān)控制模塊205得到控制開關(guān)管動(dòng) 作的脈沖信號。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置不僅簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對電機(jī) 數(shù)學(xué)模型中包含的全部參數(shù)失配具有魯棒性，改善了傳統(tǒng)方法只能抑制特定參數(shù)失配所導(dǎo) 致的電流跟蹤靜差問題;而且能夠與已有電流預(yù)測控制方法相集成，從而使得已有控制方 法在參數(shù)失配情況下仍可高性能運(yùn)行，擴(kuò)展其運(yùn)行范圍。
[0102] 參照圖3所示，為本發(fā)明提供的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置的另一個(gè)實(shí)施例 的結(jié)構(gòu)框圖。所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置包括:直流側(cè)電容、逆變器主電路、永磁 同步電機(jī)、速度與轉(zhuǎn)子位置檢測電路、電流采樣電路、DSP數(shù)字控制器和驅(qū)動(dòng)電路。其中，裝 置中采用光電編碼器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與速度信息并通過調(diào)理電路送入DSP數(shù)字控制器。 同時(shí)，采用霍爾電流傳感器采集電機(jī)三相電流，經(jīng)過調(diào)理電路后進(jìn)入DSP數(shù)字控制器轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號。而DSP數(shù)字控制器利用采集的數(shù)字量完成本發(fā)明的控制算法，并輸出六路脈沖信 號，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)逆變器六個(gè)開關(guān)管動(dòng)作。
[0103] 參照圖4所示，為本發(fā)明提供的基于電流與擾動(dòng)滑模觀測器的電流預(yù)測控制框圖。 所述控制框圖為本發(fā)明的控制原理圖，該方法的實(shí)現(xiàn)是在圖3中DSP數(shù)字控制器中完成的， 具體步驟為：
[0104]步驟1:檢測電機(jī)三相電流ia(k)，ib(k)，ic(k)和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息θ(1〇,并進(jìn)一步 通過坐標(biāo)變換得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流id(k)和iq(k);在忽略死區(qū)等影響下，兩相旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)電壓ω (k)和uq (k)可直接從輸入SVPWM裝置中的電壓指令獲得；
[0105] 步驟2:根據(jù)步驟1中所得到的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)電流id(k)、iq(k)與電壓Ud (1〇、1!<1(1〇，結(jié)合電機(jī)位置傳感器檢測的電機(jī)速度〇^(1〇與轉(zhuǎn)子位置信息0(1〇，能夠構(gòu)建電 流與擾動(dòng)滑模觀測器，
[0106] 步驟3:根據(jù)永磁同步電機(jī)離散數(shù)學(xué)模型，按照下一拍時(shí)實(shí)際電流值等于指令值的 原理，可以得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制的表達(dá)式；
[0107] 步驟4:將步驟2中得到的下一拍電機(jī)電流預(yù)測值+ + 輸入到步驟3 中的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，取代電流采樣值id(k)與iq(k)，可得到指令電壓信 號為：
[0108] 步驟5 :將步驟2中得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值/:(Α· + I)，/(/?： + I)作為前饋量與步驟4 中得到的指令電壓信號相加得到最終的指令電壓信號；
[0109] 最終指令電壓信號進(jìn)一步通過SVPWM裝置調(diào)制產(chǎn)生六路控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖驅(qū) 動(dòng)信號。
[0110]本發(fā)明所述方法的優(yōu)越性可以通過圖5a、圖5b、圖5c與圖6a、圖6b、圖6c仿真結(jié)果 的對比得出，兩者的測試條件完全一致，不同之處在于圖5a、圖5b、圖5c的電流預(yù)測控制方 法中未采用電流與擾動(dòng)觀測器，而圖6a、圖6b、圖6c采用了本發(fā)明提出的基于電流與擾動(dòng)觀 測器的電流預(yù)測控制方法。圖5a、圖5b、圖5c分別與圖6a、圖6b、圖6c相互對應(yīng)。圖5a、圖5b、 圖5c所示仿真結(jié)果為參數(shù)失配條件下電機(jī)交直軸電流與其參考值的對比波形(直軸電流參 考為〇)，其從上至下依次是電感為實(shí)際值兩倍、電阻為實(shí)際值十倍及永磁磁鏈為實(shí)際值四 倍時(shí)的仿真結(jié)果，其中電機(jī)負(fù)載在〇. 2秒與0.35秒時(shí)出現(xiàn)突增與突減情況。由于參數(shù)失配導(dǎo) 致圖5a、圖5b、圖5c中交直軸電流產(chǎn)生靜態(tài)誤差，并且電流波形存在較大諧波。在采用本發(fā) 明所提出的控制方法后，參數(shù)失配時(shí)電流無靜態(tài)誤差，且電流波形平滑，諧波得到很好抑 制。
[0111] 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實(shí)施例的討論僅為示例性的，并非 旨在暗示本公開的范圍（包括權(quán)利要求)被限于這些例子;在本發(fā)明的思路下，以上實(shí)施例 或者不同實(shí)施例中的技術(shù)特征之間也可以進(jìn)行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如 上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細(xì)節(jié)中提供。
[0112] 另外，為簡化說明和討論，并且為了不會(huì)使本發(fā)明難以理解，在所提供的附圖中可 以示出或可以不示出與集成電路（1C)芯片和其它部件的公知的電源/接地連接。此外，可以 以框圖的形式示出裝置，以便避免使本發(fā)明難以理解，并且這也考慮了以下事實(shí)，即關(guān)于這 些框圖裝置的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)是高度取決于將要實(shí)施本發(fā)明的平臺(tái)的（即，這些細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng) 完全處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)）。在闡述了具體細(xì)節(jié)(例如，電路）以描述本發(fā)明的 示例性實(shí)施例的情況下，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié) 的情況下或者這些具體細(xì)節(jié)有變化的情況下實(shí)施本發(fā)明。因此，這些描述應(yīng)被認(rèn)為是說明 性的而不是限制性的。
[0113] 盡管已經(jīng)結(jié)合了本發(fā)明的具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是根據(jù)前面的描 述，這些實(shí)施例的很多替換、修改和變型對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。例 如，其它存儲(chǔ)器架構(gòu)(例如，動(dòng)態(tài)RAM(DRAM))可以使用所討論的實(shí)施例。
[0114] 本發(fā)明的實(shí)施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、 修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制方法，其特征在于，包括： 獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流;從輸 入SVPffM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電壓； 獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，將兩相旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，預(yù)測得到下 一時(shí)刻的電機(jī)定子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值； 根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流值等于電流指令值的 原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式； 將預(yù)測得到的下一時(shí)刻電機(jī)定子電流，輸入所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式， 得到電壓指令信號； 將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓指令信號，然后通過 SVPffM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐標(biāo)變換的公式為：其中，ia(k)，ib(k)，ic(k)分別為電機(jī)的三相電流，iaUhiMk)分別為兩相靜止坐標(biāo)系 下的兩相電流，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流，Θ為轉(zhuǎn)子位置信息，k指 當(dāng)前時(shí)刻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器的步驟包 括： 根據(jù)獲取的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流以及估計(jì)電流，得到滑模切換面； 采用滑模指數(shù)趨近律以及滑模切換面得到滑?？刂坪瘮?shù)； 然后根據(jù)電機(jī)電角速度、控制周期、定子電阻、定子電感、永磁磁鏈、電機(jī)定子電流和電 機(jī)定子電壓，結(jié)合滑?？刂坪瘮?shù)，構(gòu)建出電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 所述滑模切換面的表達(dá)式為： '丨(人）=/;丨"')-(丨⑷， , ^其中，id(k)和iq(k)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子電流，和 〇々)為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電流，sd(kWPsq(k)為滑模切換面的計(jì)算值； 所述滑模指數(shù)趨近律的表達(dá)式為： Λ* ( = -A1 sign(.v ?l , ^ , \ I u其中，均為滑模指數(shù)趨近律的參數(shù)； .V, =-/i,-Sign(A4)-Zt^vii _ 其中，L為定子電感、R為定子電阻，Udsmc^PUqsm。分別為 所述滑?？刂坪瘮?shù)的表達(dá)式為：滑模控制函數(shù)的計(jì)算值；所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器的計(jì)算函數(shù)的具體表達(dá)式為： t其中Ts。為控制周期，R為定子電阻，L為定子電感，為永磁磁鏈，Ud(k)和Uq(k)分別為電 機(jī)定子電壓，《e(k)為電機(jī)電角速度，lot)和ξ0)分別為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)電流，為參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值，gd、gq均為滑模觀測器增益，k為當(dāng)前時(shí)刻，k+Ι為下一時(shí) 刻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式 為：其中，C(Ar+i)i^a+丨)均為電流指令。 6 ·根抿叔剎専龍5所沭的方法，其特征亦干，所沭修iF的電壓指今信號的弄伏忒為：其中，Ud和Ucj分別為修止的電壓指令信虧。7. -種永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制裝置，其特征在于，包括： 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于檢測并獲取電機(jī)的三相電流，通過坐標(biāo)變換，得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下的電機(jī)定子電流;從輸入SVPWM裝置的電壓指令中獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)定子 電壓;獲取電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息;將獲取的電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電壓、 轉(zhuǎn)子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息發(fā)送給觀測器構(gòu)建模塊； 觀測器構(gòu)建模塊，用于接收所述數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送的電機(jī)定子電流、電機(jī)定子電壓、轉(zhuǎn) 子電角速度和轉(zhuǎn)子位置信息，并構(gòu)建電流與擾動(dòng)滑模觀測器，將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī) 定子電流和電機(jī)定子電壓代入所述電流與擾動(dòng)滑模觀測器中，預(yù)測得到下一時(shí)刻的電機(jī)定 子電流，同時(shí)得到參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值;將預(yù)測得到的下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流發(fā)送給電壓指 令計(jì)算模塊，將參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值發(fā)送給開關(guān)控制模塊； 預(yù)測控制模塊，用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)下一時(shí)刻的實(shí)際電流 值等于電流指令值的原理，得到永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式； 電壓指令計(jì)算模塊，用于將所述觀測器構(gòu)建模塊發(fā)送的下一時(shí)刻的電機(jī)定子電流，輸 入所述預(yù)測控制模塊中的永磁同步電機(jī)電流預(yù)測控制表達(dá)式，得到電壓指令信號;將電壓 指令信號發(fā)送給開關(guān)控制模塊； 開關(guān)控制模塊，用于將得到的參數(shù)擾動(dòng)估計(jì)值與電壓指令信號相加，得到修正的電壓 指令信號，然后通過SVPffM裝置調(diào)制獲得控制開關(guān)管動(dòng)作的脈沖信號。
【文檔編號】H02P21/14GK105897097SQ201610243347
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】張曉光, 侯本帥
【申請人】北方工業(yè)大學(xué)