[发明专利]一种永磁同步电机显式模型预测控制的实现方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机显式模型预测控制的实现方法，其特征在于：

1)构造永磁同步电机显式模型预测控制的控制器，通过控制器处理生成最优控制序列U^*，从最优控制序列提取出最优控制量u^*施加到永磁同步电机的控制系统；

2)根据最优控制量u^*计算典型工况下最优控制量和控制系统的闭环传递方程；

3)根据不同典型工况下的闭环传递方程，以闭环传递方程的解作为闭环极点，绘制典型工况下控制系统的闭环极点随着各个权重系数的变化的移动轨迹，形成闭环极点轨迹图；

4)根据闭环极点轨迹图确定使永磁同步电机获得理想的控制性能的理想带，将闭环极点配置到理想带上，进而获得最优的各个权重系数，再代入到价值函数求解进行最优控制，优化控制性能；

所述的1)具体为：

将永磁同步电机的状态方程作为预测模型：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)

其中，k表示离散时刻的序号；x、u分别为状态变量和控制变量；x(k)、u(k)分别为k时刻的状态变量和控制变量；A、B分别为状态矩阵和控制矩阵；x(k+1)表示k+1时刻的状态变量；R表示电阻值；L表示电感值；p表示电机极对数；ψ_f表示永磁体磁链值；J_m表示转子转动惯量值；k_t表示转矩系数；T_s表示离散时间间隔；

将初始时刻k＝0已知的状态变量x(k)输入预测模型迭代得到各个时刻k＝1～N_p的预测值，代入以下建立的价值函数J，用价值函数J表征永磁同步电机的控制系统的多个控制目标：

其中，T表示矩阵转置；N_p、N_c分别表示预测时域和控制时域的离散时刻总数；Q、R分别表示状态变量权重矩阵和控制变量权重矩阵；i、j分别表示求和运算中状态变量x、控制变量u的离散时刻的累加计数值；q_ω、q_q、q_d、q_u分别表示永磁同步电机的转速权重系数、q轴电流权重系数、d轴电流权重系数、电压增量的权重系数；

针对价值函数J建立以下电流约束和电压约束：

A_xx(k)≤b_x

A_uu(k)≤b_u

其中，A_x、A_u分别表示状态变量约束矩阵和控制变量约束矩阵，b_x、b_u分别表示状态变量约束向量和控制变量约束向量，分别计算为：

其中，I_max和U_max分别为电流限幅值和电压限幅值；

将状态变量x的预测模型代入状态变量x的线性约束方程A_xx(k)≤b_x中，并结合控制变量u的线性约束方程A_uu(k)≤b_u，获得永磁同步电机的控制系统的总约束方程：

MU≤W+Ex(0)

其中，M、E和W分别为总约束控制项矩阵、总约束附加项矩阵和总约束状态项矩阵；U表示控制序列U＝[u(1)…u(N_c)]^T；x(0)表示初始时刻的状态变量；A^j表示A的j次幂，A^Np表示A的Np次幂；

在总约束方程的约束下以最小化价值函数J为目标求解，获得最优的各个时刻的控制变量u(k)作为最优控制变量u^*(k)，组成最优控制序列U^*＝[u^*(1)…u^*(N_c)]^T，施加到永磁同步电机的控制系统。