[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

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法及系统，方法采用双闭环控制且设计了定子磁链滑模观测器、容错预测转速控制器以及容错预测定子磁链控制器，双闭环的外环为容错预测转速控制器、内环为容错预测定子磁链控制器，定子磁链滑模观测器用于观测出负载转矩、外部扰动、定子磁链、转子位置估计偏差角及永磁体失磁率；容错预测转速控制器用于计算出q轴定子磁链指令值；容错预测定子磁链控制器用于计算出d、q轴指令电压，进而实现对永磁同步电机的控制。本发明不仅可以有效地消除永磁体失磁及转子位置估计不准时产生的电流偏差，而且还可有效抑制转矩的脉动。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制技术，具体涉及一种永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法及系统。

背景技术

近年来随着微处理器运算速度及性能的不断提高，使得在一个控制周期内能够实现较为复杂的控制算法。因此，预测控制因具有结构简单、动态响应快和控制精度高等优点得到了广泛的关注和研究。电流预测控制能够使永磁同步电机电流获得良好的动态和稳态响应，但是也存在一定的问题。由于预测控制是基于模型的控制方法，因此预测控制器对电机的磁链等参数依赖较强，并且严格取决于电机转子的位置信息。

由于永磁同步电机的服役工况较差，环境较恶劣，并且随着服役年限的增加，永磁体容易发生失磁故障。此外，在一些较为恶劣的工况下转子的位置信息较难获取或获取的转子位置信息不准确，这都将会降低预测控制系统的精度及可靠性。在电动汽车、航空航天、国防装备等使用环境恶劣、可靠性要求高的场合中，当永磁体失磁或转子的位置信息获取不准确时，将会引起电流静差，导致系统效率降低，无法输出额定转矩，以及无法工作在力矩控制模式等问题。这极大地限制了永磁同步电机的应用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法及系统，本发明不依赖于永磁同步电机的转子永磁体磁链参数和无需准确地检测转子的位置，这是一种具有较强容错能力的预测控制方式，它有效地消除了传统预测控制算法受转子永磁体失磁和转子位置估计不准的影响。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种永磁同步电机的容错预测定子磁链控制方法，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)；