[发明专利]一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法，对永磁同步电机运行中的电气参数进行实时辨识，并不断更新控制系统中的相应参数，大幅度提高控制精度和稳定性。此外本发明把模型参数预测问题转化为时域上目标函数的最小化问题，所需预测的模型参数的输出只与输入信号有关，而不受外界噪音、供电电压波动、负载变化等因素的影响。通过采用TR‑BFGS这一类非线性优化算法，使得目标函数快速收敛到最优值，适用于PMSM此类非线性多变量系统。

技术领域

本发明涉及一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有功率密度大、运行效率高、可靠性高等优点，广泛应用于新能源汽车、工业驱动等领域。由于PMSM自身结构及功率密度的限制，在不同的工况下，电机参数会发生明显的变化，严重降低控制器的性能甚至影响系统稳定性。因此，在PMSM运行中对其参数准确的辨识，可大幅提高系统的控制精度和稳定性。

PMSM的参数会随运行时定子电流、温度及永磁体磁通饱和度等因素的变化而改变，如果控制系统中采用定参数，会影响电机动态控制性能。为实现PMSM在不同运行工况下的高精度控制，提高系统稳定性，工程上常采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)、递推最小二乘法(RLS)、人工智能法(AI)等在线辨识电机参数，这些方法对电机的参数辨识具有较好的收敛性，但对噪音等非电气因素的鲁棒性较差，辨识精度不高。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法，提高控制精度和稳定性。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种基于模型预测控制的永磁同步电机参数辨识方法，包括以下步骤：

1)在dq坐标系下建立永磁同步电机的数学模型；

2)设计基于复合判据的多变量输入的目标函数，把PMSM模型参数预测问题转化为时域上求解目标函数的最小化问题；

3)在一个辨识周期内，使用迭代算法最小化目标函数，获取电机参数预测值，并以此更新电流、转速双闭环控制系统中电机参数值。

所述步骤1)中永磁同步电机的数学模型为：

上式中u_d′＝u_d，u_q′＝u_q-ω_eψ_f，其中u_d、u_q是d、q轴的定子电压；i_d、i_q是d、q轴的定子电流；R_s是定子单相绕组的电阻；L_d、L_q是定子绕组d、q轴电感；ω_e是电角速度；ψ_f是永磁磁链。

所述步骤2)中在同一电压u_dq输入下，把实际PMSM电流与等效PMSM数学模型输出电流的差值记为预测误差ε_dq，即：

上式中，为采样得到的实际PMSM电流值；采样时间t＝kT_e，k＝1、2…N；为PMSM等效模型预测得到的电流值；b是外部噪音干扰。

采用经典二次判据作为目标函数，即：

在上式基础上引入永磁同步电机电气参数初始值μ₀，设计复合二次判据作为本实施例模型参数预测的目标函数F，即：

上式中，是需要辨识的电机参数值，P是预测参数协方差矩阵；σ²是噪音干扰的方差。