[发明专利]基于最优参考磁链的直线电机模型预测控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于最优参考磁链的直线电机模型预测控制方法及系统。该方法应用于直线感应电机领域，包括：获取实时采集的直线感应电机的状态参数，根据状态参数通过预先构建的磁链观测器观测电机当前的磁链；根据状态参数判断直线感应电机的运行区域，根据运行区域和电机当前的磁链计算对应的最优参考磁链矢量，运行区域包括MTPA、恒功率和MTPV运行区；根据电机当前的磁链和最优参考磁链矢量确定最优电压矢量组合；根据最优电压矢量组合计算最优占空比，根据最优占空比控制逆变器中的三相桥臂脉冲序列。本发明将全部控制目标包含在最优参考磁链矢量中，可省略价值函数中因为不同量纲控制量而引入的权重系数，进而省去复杂的权重系数整定过程。

技术领域

本发明属于直线电机控制技术领域，更具体地，涉及一种基于最优参 考磁链的直线电机模型预测控制方法及系统。

背景技术

直线感应电机无需齿轮箱等传动机构，可以直接产生直线运动，在地 铁和轻轨等城轨交通驱动系统中具有广泛的应用前景。与旋转感应电机驱 动轨道交通系统相比，直线感应电机驱动系统具有爬坡能力更强、转弯半 径更小、截面积更小的优点。然而，直线感应电机因为结构特殊性而产生 的边端效应，使得电机运行中互感变化剧烈，矢量控制以及直接转矩控制 等传统控制策略，均未能很好考虑边端效应带来的影响，导致电机运行性 能不够理想。模型预测控制采取价值函数在线寻优的方式选择最优电压矢 量作用于逆变器，可以有效应对直线感应电机边端效应的影响，同时具有 更快的响应速度和鲁棒性。

直线感应电机因为大气隙和边端效应使得效率比旋转感应电机低 5％～15％，尤其是高速下因为边端效应导致电机输出推力衰减严重。MTPA 即最大推力电流比控制，能够以更小的电流实现同样的推力输出，减小电 机铜耗和逆变器开关损耗，进而提升电机及控制系统运行效率。MTPV即 最大推力电压比控制，在相同的电压下可以输出更大的推力，有利于直线 感应电机在高速弱磁区运行时补偿边端效应带来的推力衰减。然而，当 MTPA和MTPV作为控制目标引入模型预测控制改善电机性能时，现有方 法都需要在价值函数中额外引入权重系数调节不同量纲的控制目标，由此 带来复杂的权重系数整定问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于最优参考磁链 的直线电机模型预测控制方法及系统，以解决传统模型预测方法采用多个 控制量作为控制目标，导致复杂权重系统整定的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于最优参考磁链的 直线电机模型预测控制方法，应用于直线感应电机领域，包括如下步骤：

获取实时采集的直线感应电机的状态参数，根据所述状态参数通过预 先构建的磁链观测器观测电机当前的磁链，其中，所述状态参数包括相电 流和速度参数，所述磁链包括初级磁链和次级磁链；

根据所述状态参数判断直线感应电机的运行区域，根据所述运行区域 和所述电机当前的磁链计算对应的最优参考磁链矢量，所述运行区域包括 MTPA运行区、恒功率运行区和MTPV运行区；

根据所述电机当前的磁链和所述最优参考磁链矢量确定最优电压矢量 组合；

根据所述最优电压矢量组合计算最优占空比，根据所述最优占空比控 制逆变器中的三相桥臂脉冲序列，实现对直线感应电机的控制。

在其中一个实施例中，从所述MTPA运行区切换到所述恒功率运行区 的临界速度ω_I为：

从所述恒功率运行区切换到所述MTPV运行区的临界速度ω_II为：