[发明专利]一种基于价值函数预选择的PMSM多步电流预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于价值函数预选择的PMSM多步电流预测控制方法，包括，利用永磁同步电机电流预测模型计算未来时刻的电流预测值；基于二次函数构建二次函数模型，并通过结合所述二次函数模型与所述电流预测值求解二次函数系数矢量；通过所述二次函数模型预测未来时刻的电流轨迹，并通过构建滞环约束条件对所述电流轨迹进行约束控制，进而获得每个候选电压矢量的预测步长；基于所述预测步长对价值函数进行预选择，并通过遍历寻优确定逆变器的开关状态，完成控制器的优化输出。本发明可在系统控制性能保持不变的情况下，简化代价函数、降低逆变器开关频率，进而改善由逆变器的高开关频率所带来的电磁干扰与开关损耗问题。

技术领域

本发明涉及电机控制的技术领域，尤其涉及一种基于价值函数预选择的PMSM多步电流预测控制方法。

背景技术

永磁伺服系统以永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor，PMSM)为执行部件，其典型特征是非线性、不确定性、时变性。永磁伺服系统具有功率密度高、效率高等特点，已经成为许多工业应用的最佳选择，尤其在先进制造领域、电力驱动领域具有巨大的发展潜力。永磁伺服系统包括位置控制环、速度控制环和电流控制环三个环路。最内环为电流控制环。电流控制环的性能限制了永磁伺服系统的总体性能，因此研究电流控制环的控制算法是非常重要的。

目前国内外学者提出了多种电流控制算法。PI(Proportion Integration)控制结构简单并且稳定可靠，但是无法在非线性系统的整个运行范围内兼顾动稳态性能。滞环控制具有控制方法简单，鲁棒性强等优点，但是其开关频率不固定，不能对噪声和谐波进行控制。智能控制不依赖于系统的数学模型，鲁棒性强，但是其算法复杂度很高，计算量很大，对控制器硬件的要求也非常苛刻。电流预测控制算法包含了永磁伺服系统的非线性属性，使得系统在运行范围内拥有良好的动态响应和较小的电流谐波。因此，为满足永磁伺服系统的高性能需求，电流预测控制算法逐渐成为研究热点。

根据预测步长可分为单步电流预测控制和多步电流预测控制，其中多步电流预测控制的预测步长大于1。电流预测控制往往会带来逆变器开关频率过高的问题，所以为了降低逆变器开关频率，需要在控制中对开关频率进行约束。若直接在单步电流预测控制中加入低开关频率控制，易于影响系统的控制性能，算法难以同时兼顾开关频率和电流静差，具有一定的局限性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于价值函数预选择的PMSM多步电流预测控制方法，能够解决现有永磁伺服系统电流预测控制算法中存在的价值函数复杂以及逆变器开关频率较高问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：利用永磁同步电机电流预测模型计算未来时刻的电流预测值；基于二次函数构建二次函数模型，并通过结合所述二次函数模型与所述电流预测值求解二次函数系数矢量；通过所述二次函数模型预测未来时刻的电流轨迹，并通过构建滞环约束条件对所述电流轨迹进行约束控制，进而获得每个候选电压矢量的预测步长；基于所述预测步长对价值函数进行预选择，并通过遍历寻优确定逆变器的开关状态，完成控制器的优化输出。

作为本发明所述的一种基于价值函数预选择的PMSM多步电流预测控制方法的一种优选方案，其中：所述永磁同步电机电流预测模型包括，