[发明专利]逆变器参考电压矢量在线优化的SMPMSM驱动系统无模型电流预测控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及逆变器参考电压矢量在线优化的SMPMSM驱动系统无模型电流预测控制方法及控制系统，与现有技术相比解决了电动汽车SMPMSM驱动系统电流控制方法不足的缺陷。本发明包括以下步骤：采样周期的设定；电流超局部预测模型的设定；分析数据的获取；计算参考电压矢量最优相位的解析解；计算参考电压矢量最优幅值的解析解；获得逆变器最优参考电压矢量；控制方法的连续执行。本发明提升了电动汽车SMPMSM驱动系统的电流动态和稳态性能，且兼顾提高系统的鲁棒性，从而实现电动汽车SMPMSM驱动系统的高性能安全运行。

技术领域

本发明涉及SMPMSM驱动系统技术领域，具体来说是逆变器参考电压矢量在线优化的SMPMSM驱动系统无模型电流预测控制方法及控制系统。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)驱动系统电流控制性能的提升一直是电动汽车电驱动系统的关键技术问题。面装式永磁同步电机(Surface-mounted PMSM,SMPMSM)驱动系统模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)中逆变器参考电压矢量的精确求解关键技术，对于实现电动汽车PMSM驱动系统电流控制性能的全面提升无疑具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

其中，模型预测控制具有清晰的物理概念、预见性、目的性、高动态响应和易于实现的技术优势，在PMSM驱动系统逐渐获得重点研究关注。模型预测控制通常可以分为连续控制集模型预测控制(Continuous Control Set Model Predictive Control,CCS-MPC)、有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)。模型预测控制可灵活设置包含多约束条件的代价函数，易于实现非线性多约束系统的控制。CCS-MPC拥有良好的系统控制性能，但是，CCS-MPC的复杂计算过程导致其难以实时实现，是阻碍其工程应用的主要不足；FCS-MPC利用逆变器的离散特性，组成有限的逆变器电压矢量控制集合，基于受控系统数学模型预测系统未来状态，再将预测的未来状态迭代入代价函数，选取使得代价函数获得最小值的逆变器电压矢量输出。

经典的FCS-MPC在一个控制周期内仅有一个逆变器电压矢量作用，系统稳态运行时存在较大的电流和转矩脉动。随着MPC的发展，CCS-MPC与FCS-MPC之间不再有严格的界限。如何在线优化生成准确的逆变器参考电压矢量，实现MPC系统稳态控制性能的提升，是基于MPC的PMSM驱动系统亟需攻克的关键技术之一。

占空比控制与双矢量控制是改善FCS-MPC系统稳态控制性能的常用方法。前者采用一个有效电压矢量与一个零电压矢量的组合合成逆变器参考电压矢量，后者则将第二个电压矢量的选择范围扩大到与第一个有效电压矢量相邻的两个有效电压矢量与零电压矢量，改善逆变器参考电压矢量幅值较大时的合成精度。

但是，占空比控制与双矢量控制在理论上仅能合成不同占空比的六个有效电压矢量或者电压空间六边形上的电压矢量，无法实现最优参考电压矢量的准确合成，因此，基于三矢量控制提升FCS-MPC系统稳态控制性能的方法应运而生。

根据生成最优参考电压矢量幅值与相位的连续性，可以分为半连续电压矢量和连续电压矢量两大类。采用半连续电压矢量的方案通过离散空间矢量调制将电压空间等分为多个三角形的组合，或者将六个有效电压矢量相位进一步等分，获得更多的虚拟电压矢量改善FCS-MPC系统的稳态控制性能。采用连续电压矢量的方案基于无差拍预测控制思想获得最优参考电压矢量，但是这种方法的实质为无约束条件的最优参考电压矢量求取。此外，采用拉格朗日乘子法也可以实现最优参考电压矢量的在线求解，但是求解过程较为复杂。