[发明专利]无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法

权利要求书

1.无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立永磁同步电动机数学模型，并利用后向欧拉离散公式得到转速的预测模型；

步骤2、利用增量型模型预测控制的思想，得到不包含负载转矩项的速度预测模型；

步骤3、建立包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数；

步骤4、基于无差拍预测控制思想和增量型模型预测控制的思想，得到q轴电流给定值的公式；

步骤5、根据q轴电流给定值的公式和步骤3得到的价值函数，确定控制逆变器的参数，实现对永磁同步电动机模型预测速度控制。

2.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤1具体过程为：永磁同步电动机的数学模型如式(1)～式(3)所示：

式中：L_s为定子电感；R_s为定子电阻；ω_re为转子电角速度；T_L为负载转矩；ψ_f为转子永磁体磁链；i_d为定子电流d轴电流分量；i_q为定子电流q轴电流分量；u_d为定子电压d轴电压分量；u_q为定子电压q轴电压分量；p_n为永磁同步电机极对数；B为粘滞摩擦系数；J为转动惯量；

将式(1)～式(3)利用前向欧拉离散公式进行离散化，得到永磁同步电动机离散数学模型：

采用后向欧拉离散公式对式(3)进行离散化处理可得：

式中，i_d(k+1)、i_q(k+1)分别为(k+1)T时刻的定子电流d、q轴分量，ω_re(k+1)是(k+1)T时刻转子电角速度的预测值，i_d(k)、i_q(k)分别为kT时刻定子电流d、q轴分量的反馈值，T_s为电气量采样时间；u_d(k)和u_q(k)分别为kT时刻电压d、q轴分量；ω_re(k)为kT时刻电角速度的反馈值；T_sω为机械量采样时间。

3.根据权利要求2所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤2具体过程为：

根据式(7)可知，在kT时刻，可得：

由于控制系统的控制周期非常短，则负载转矩在一个控制周期内近似恒定，即：

用式(7)减去式(8)可得不包含负载转矩项的速度预测模型：

4.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤3具体过程为：

在传统的预测速度价值函数的基础上加入q轴电流误差项，得到包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数，具体表示为：

式中：λ_d为d轴电流权重系数；λ_q为q轴电流权重系数；和分别为定子电流d、q轴分量的给定值。

5.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤4具体过程为：

采用后向欧拉离散化方法对式(3)进行离散得：

在kT时刻，式(12)改写为：

根据无差拍预测控制思想，令联立式(12)和式(13)，得q轴电流给定值的计算公式：

6.根据权利要求5所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤5具体过程为：

将q轴电流给定值转子电角速度给定值d轴电流给定值(k+1)T时刻定子电流q轴分量的预测值i_q(k+1)、(k+1)T时刻转子电角速度的预测值ω_re(k+1)、(k+1)T时刻定子电流d轴分量的预测值i_d(k+1)代入步骤3得到的价值函数，选择使价值函数最小的电压矢量作用于逆变器。