[发明专利]永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法及系统

权利要求书

1.一种永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法，其特征在于实施步骤包括：

1)获取任意的k时刻永磁同步电机的转速ω(k)及d轴电压u_d(k)、q轴电压u_q(k)、d轴电流i_d(k)以及q轴电流i_q(k)；

2)将转速ω(k)及d轴电压u_d(k)、q轴电压u_q(k)、d轴电流i_d(k)以及q轴电流i_q(k)输入预设的定子磁链滑模观测器中得到负载转矩外部扰动d轴定子磁链q轴定子磁链转子位置角度偏差及永磁体失磁率

3)根据定子磁链滑模观测器中得到的负载转矩外部扰动转子位置角度偏差永磁体失磁率及转速指令值ω^ref和电机响应转速ω(k)通过预设的容错预测转速控制器进行容错预测转速控制计算k时刻的q轴定子磁链指令值

4)设定k时刻的d轴定子磁链指令值其中ψ_ro为永磁体磁链，使用拉格朗日展开式计算k+2时刻的d、q轴定子磁链指令值

5)根据d轴定子磁链指令值q轴定子磁链指令值定子磁链滑模观测器中得到的d轴定子磁链q轴定子磁链转子位置角度偏差永磁体失磁率通过预设的容错预测定子磁链控制器进行容错预测定子磁链控制计算d轴指令电压和q轴指令电压

6)将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压u_α(k+1)和β相指令电压u_β(k+1)；

7)将两相静止坐标系下的α相指令电压u_α(k+1)和β相指令电压u_β(k+1)经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法，其特征在于，步骤2)的详细步骤包括：

2.1)建立如式(1)所示的永磁体失磁和转子位置估计不准情况下的永磁同步电机状态方程；

式(1)中，x为d轴定子磁链、q轴定子磁链及转速组成的矢量，为矩阵x的积分，A,B,D,C,E为状态方程系数项矩阵，u为d轴电压、q轴电压及q轴定子磁链组成的矩阵，f_ψ为永磁体磁链项，f_a为不确定项，x₁为d轴电流、q轴电流及转速组成的矢量，式(1)中各个参量的函数表达式如式(1-1)～式(1-4)所示；

f_ω＝3n_p[ψ_ro△ψ_rq+△ψ_rdψ_q+△ψ_rd△ψ_rq] (1-4)

式(1-1)～式(1-4)中，ψ_d为d轴定子磁链、ψ_q为q轴定子磁链，ω为永磁同步电机的转速，i_d为d轴电流，i_q为q轴电流，u_d为d轴电压，u_q为q轴电压，ψ_ro为永磁体磁链，△ψ_rd为永磁体失磁后d轴虚拟磁链变量，△ψ_rq为永磁体失磁后q轴虚拟磁链变量，T_L为负载转矩，f_ω为不确定项，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，R为定子电阻值，n_p为极对数，J为转动惯量；

2.2)针对永磁同步电机状态方程，选取如式(2)所示的滑模面；

式(2)中，e为d轴定子磁链、q轴定子磁链及转速组成的矢量x及其观测值之间的差值，为d轴定子磁链、q轴定子磁链及转速组成的矢量x的观测值，为d轴电流、q轴电流及转速组成的矢量x₁的观测值，E为(1-3)所示的状态方程系数项矩阵E，为q轴电流i_d的观测值，为q轴电流i_q的观测值，为d轴定子磁链ψ_d的观测值、为q轴定子磁链ψ_q的观测值，为永磁同步电机的转速ω的观测值，e₁为d轴定子磁链ψ_d及其观测值之差，e₂为q轴定子磁链ψ_q及其观测值之差，e₃为永磁同步电机的转速ω及其观测值之差；

2.3)设计如式(3)所示的定子磁链滑模观测器；

式(3)中，为d轴定子磁链、q轴定子磁链及转速组成的矢量x的观测值，sgn(·)为符号函数，A,B,C,E为式(1)的状态方程系数项，u为d轴电压、q轴电压及q轴定子磁链组成的矩阵，f_ψ为永磁体磁链项，ω为永磁同步电机的转速，e为d轴定子磁链、q轴定子磁链及转速组成的矢量x及其观测值之间的差值，L的函数表达式如式(3-1)所示，H为待设计的矩阵且其的函数表达式如式(3-2)所示；

式(3-2)中，h₁,h₂,h₃为待设计的矩阵H的对角线元素；

2.4)设计可供调用的符号函数；

2.5)求解式(4)可得d轴定子磁链的观测值和q轴定子磁链的观测值；

式(4)中，为k+1时刻d轴定子磁链观测值，为k+1时刻q轴定子磁链观测值，R为定子电阻值，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，T_s为采样周期，为k时刻d轴定子磁链ψ_d(k)的观测值，为k时刻q轴定子磁链ψ_q(k)的观测值，为k+1时刻的转速，为k时刻永磁同步电机的转速的观测值，ω(k)为k时刻永磁同步电机的转速，u_d(k)为k时刻d轴电压，u_q(k)为k时刻q轴电压，ψ_ro为永磁体磁链，e₁(k)为k时刻d轴定子磁链ψ_d(k)及其观测值之差，e₂(k)为k时刻q轴定子磁链ψ_q(k)及其观测值之差，e₃(k)为k时刻永磁同步电机的转速及其观测值之差，sgn(·)为步骤2.4)设计的符号函数，h₁,h₂,h₃为待设计的矩阵H的对角线元素，n_p为极对数，J为转动惯量；

2.6)求解式(5)～(11)，得到负载转矩的观测值外部扰动的观测值转子位置角度偏差的观测值及永磁体失磁率的观测值

式(5)～(11)中，为d轴虚拟磁链变量的观测值，为q轴虚拟磁链变量的观测值，h₁,h₂,h₃为待设计的矩阵H的对角线元素，e₁(k)为k时刻d轴定子磁链ψ_d(k)及其观测值之差，e₂(k)为k时刻q轴定子磁链ψ_q(k)及其观测值之差，e₃(k)为k时刻永磁同步电机的转速及其观测值之差，sgn(·)为步骤2.4)设计的符号函数，为负载转矩观测值，J为转动惯量，ω(k)为k时刻永磁同步电机的转速，n_p为极对数，为外部扰动观测值，L_q为q轴电感值，ψ_ro为永磁体磁链，为永磁体失磁后d轴虚拟磁链变量△ψ_rd的观测值，为永磁体失磁后q轴虚拟磁链变量△ψ_rq的观测值，ψ_q(k)为k时刻q轴定子磁链，为转子位置角度偏差观测值，为永磁体失磁后磁链的观测值，为永磁体失磁率观测值。