[发明专利]一种永磁同步电机预测电流控制的计算延时补偿方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机预测电流控制的计算延时补偿方法，采样并计算得到定子电流和电压分量；将采样转速与给定转速之间差值经PI控制器输出得到q轴电流给定值，d轴电流采用的控制方式，再经逆Park变换得到电流给定值；得到预测模型，将采样参数代入预测模型得到预测电流和辅助电流，获得算法执行时间；利用算法执行时间预测由计算延时引起电流变化，并对电流采样值进行补偿；将补偿后电流代入预测模型计算下一时刻预测值，并利用价值函数进行遍历寻优，将最优电压矢量对应开关管驱动信号输出给逆变器以控制电机运行。本发明无需过采样以及不过分增加算法复杂度，对采样电流进行合理补偿解决计算延时所带来的控制性能下降问题。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机预测电流控制的计算延时补偿方法，属于永磁同步电机系统驱动控制领域。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、可靠性高和功率密度高等优点，因此广泛应用在国防工业、生产运输和牵引驱动等诸多领域。在永磁同步电机驱动系统控制领域中，模型预测控制方法由于其动态响应快、控制结构简单、可进行多目标控制和非线性约束条件处理等优点而受到了广泛关注。有限集预测电流控制作为其中较为经典的一类控制策略，使用预测模型来计算有限时域范围内给定不同控制行为下系统未来的输出结果，并由价值函数选定最优的控制行为后输出作用于系统。在每个控制周期内，算法都会根据新的采样结果按照上述步骤重新选择所需施加的最优控制行为。然而，考虑到控制策略在实际实现时，与传统的矢量控制策略相比，由于有限集预测电流控制算法中包含模型预测和遍历寻优等步骤需要大量的计算，这使得算法执行时间相当长，从而产生控制延时的问题。如果控制器的设计中不考虑采样和控制施加之间计算延时的问题，势必会影响算法的最优控制效果，从而降低电机的运行性能。

目前国内外研究针对解决模型预测控制中存在的计算延时问题的方法可以分为间接补偿方法和直接补偿方法。间接补偿的方法通常都是采用无差拍控制方法，该方法通过避免了遍历寻优的步骤来减小算法的计算量从而达到间接补偿的目的，然而该方法本质上并没有彻底消除计算延时的影响，这意味着间接补偿方法并不是解决计算延时问题的最优解。两步预测作为直接补偿方法中最经典的补偿方法，其在预测模型向前一步计算得到状态变量的基础上再进行模型预测和遍历寻优，并寄存最优控制量直至下一时刻的起始时进行输出。虽然该方法在模型预测控制中已被广泛采用，但仍有新的补偿方法被提出，如Jinqiu Gao等人在《Novel Compensation Strategy for Calculation Delay of FiniteControl Set Model Predictive Current Control in PMSM》一文中，提出了一种新的直接补偿方法，该方法采用过采样的方式来获得算法执行时间内电流的变化量，从而对当前时刻的电流采样值进行补偿。然而，该方法在一个控制周期内需要进行两次电流采样，一方面这会增大采样误差所带来的影响，另一方面采用过采样的方式且第二次采样时刻不固定都会增加硬件实现的难度，这些无疑是该方法所存在的缺陷和问题。因此，在不增加采样次数并且不过分增加算法的计算量和复杂度的前提下，急需研究一种简单可靠的计算延时补偿方法来改善系统的控制性能。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机预测电流控制的计算延时补偿方法，可以在无需过采样以及不过分增加算法复杂度的前提下，对采样电流进行合理补偿以解决计算延时所带来的控制性能下降的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种永磁同步电机预测电流控制的计算延时补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：采样k时刻的永磁同步电机的三相定子电流、转子位置信息、给定转速和开关管驱动信号，经Clark变换，得到αβ静止坐标系下的定子电流和电压分量；

步骤2：将步骤1中的采样转速与给定转速之间的差值，经PI控制器输出得到q轴电流给定值d轴电流采用的控制方式，再经逆Park变换得到αβ静止坐标系下的电流给定值；