[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

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机显式模型预测控制的实现方法。构造永磁同步电机显式模型预测控制的控制器，处理生成最优控制序列，从最优控制序列提取最优控制量施加到永磁同步电机的控制系统；根据控制器生成的最优控制序列，计算典型工况下最优控制量和控制系统的闭环传递方程，以闭环传递方程的解作为闭环极点，绘制闭环极点轨迹图，确定理想带，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，代入价值函数求解进行最优控制。本发明方法解决了控制系统很难兼顾多个控制性能、很难保证不同工况下的稳定性的问题，简化了步骤并获得了优良的控制性能，同时具有很强的通用性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机模型预测控制的实现方法，特别是涉及一种新的永磁同步电机的显式模型预测控制的实现方法。

背景技术

永磁同步电机凭借其功率密度大、响应速度快等优势被广泛应用于机器人、无人机等先进的伺服控制领域。对永磁同步电机采用显式模型预测控制，可以使用一个控制器来统一控制转速和电流，使系统达到最优状态，避免了传统级联结构的使用；并且在继承模型预测控制优点的同时，克服了模型预测控制在线计算负担很大的局限性。但是在永磁同步电机的显式模型预测控制中，系统的控制性能严重依赖于权重系数的选择，而现阶段权重系数的选择采用的是耗时、耗力的试凑法，导致控制的实现和性能的调节都效率低下。

发明内容

为解决传统的永磁同步电机显式模型预测控制中使用试凑法选择权重系数，很难兼顾多个控制性能、很难保证不同工况下的稳定性的问题，本发明提出一种新的永磁同步电机显式模型预测控制的实现方法，该新方法简化了步骤、优化了性能，同时具有很强的通用性和实用性。

为实现上述目标，本发明具体采用以下技术方案：

1)构造永磁同步电机显式模型预测控制的控制器：

将永磁同步电机的状态方程作为控制系统的预测模型：

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时刻的状态变量的预测值；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。

本发明中，已知k时刻的状态变量x(k)进而输入到控制器中不断优化预测k+1时刻的状态变量和计算各个时刻的控制变量。

将初始时刻k＝0已知的状态变量x(k)输入到预测模型中，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建立以下电流约束方程和电压约束方程：

A_xx(k)≤b_x

A_uu(k)≤b_u