[发明专利]预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法

说明书

本发明公开了一种预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法，该方法包括如下内容：1、划分电机位置控制过程并采用对应的模式进行控制；2、建立成本函数；3、从预测电流控制的加速阶段切换到预测转速控制的匀速阶段；4、从预测转速控制的匀速阶段切换到预测电流控制的减速阶段；5、从预测电流控制的减速阶段切换到预测位置控制的低速趋近阶段。本发明的有益效果是，提升动态响应速度，减小跟踪误差，适用于不同位置设定值的情况。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机位置控制技术领域，特别是一种预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有功率因数高、结构简单、调速范围宽等优点，在高性能位置控制场合得到了广泛应用。PMSM控制系统普遍采用基于PI控制器的矢量控制策略，但由于PI控制器的局限性，难以同时兼顾系统的快速性和稳定性。模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)具有动态响应快、建模简单、控制效果优良、易于处理多目标控制等优点，受到众多学者的广泛关注。

在电机控制领域，根据控制目标的不同，模型预测控制可分为三种控制模式：预测电流控制、预测转速控制和预测位置控制。在电机位置控制系统中，模型预测控制得到广泛应用，但大多只采用单一的预测控制模式。电机位置控制过程包括启动加速、匀速、减速及位置接近等不同阶段，单一控制模式无法同时满足不同阶段的控制要求，也不能兼顾快速性和稳定性，难以达到最优控制效果。

为了同时满足位置控制系统对快速性和准确性的要求，将电机位置控制过程划分为加速阶段、匀速阶段、减速阶段和低速趋近阶段，如图2所示。其中，加速阶段及减速阶段需要电机快速响应，所以采用预测电流控制模式；匀速阶段主要侧重于降低转矩和转速波动，保证系统稳定性，所以采用预测转速控制模式；低速趋近阶段需要在保证控制精度的同时避免位置振荡，保证位置控制准确性，所以采用预测位置控制模式。然而在现有的控制方法中，如果进行不同控制模式的直接切换，会影响系统控制效果甚至导致系统失稳，因此需要一种能顾平滑自切换不同控制模式的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，将电机位置控制过程划分为加速阶段、匀速阶段、减速阶段和低速趋近阶段，其中，加速阶段及减速阶段采用预测电流控制模式，匀速阶段采用预测转速控制模式，低速趋近阶段采用预测位置控制模式；

步骤二，建立成本函数，通过调整成本函数中各权重系数改变预测控制模式，该成本函数的式子如下：

式中：λ₁为电流部分权重系数，λ₂为转速部分权重系数，λ₃为位置部分权重系数，i_q*为定子电流q轴分量设定值，为定子电流d轴分量的预测值；为定子电流q轴分量的预测值，为转子速度预测值，ω_r*为转速设定值，θ^p(k+1)为转子位置角预测值，θ^*为位置设定值；

步骤三，从预测电流控制的加速阶段切换到预测转速控制的匀速阶段，根据电机转速调整成本函数中权重系数λ₂：

式中：λ_2max为成本函数中转速部分权重系数的最大值，ω为电机实际转速，ω_max为设定最大转速；当电机实际转速ω等于ω₀时，进入过渡过程，过渡过程中转速权重系数λ₂根据公式(2)从零开始增大，成本函数中转速部分比重逐渐增加，能够保证电机快速响应的同时抑制超调；