[发明专利]一种无轴承永磁薄片电机模型预测控制器

说明书

本发明公开一种电机控制领域中的无轴承永磁薄片电机模型预测控制器属于电机控制领域，由转矩预测控制系统和悬浮力预测控制系统组成，转矩预测控制系统包括转矩子系统预测控制器以及依次串联的PI控制器、代价函数计算模块、代价函数在线寻优模块和第一电压型逆变器，悬浮力预测控制系统包括悬浮力子系统预测控制器以及依次串联的悬浮力电压参考发生器、SVPWM调制模块和第二电压型逆变器，第一、第二电压型逆变器的输出端连接无轴承永磁薄片电机；将直接转矩控制与模型预测控制相融合，获得更好的动态性能、鲁棒性，提高了电机调速和悬浮性能；增加一个控制周期作为时间补偿，预测出k+2时刻电机参数，避免延时带来的问题。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体是一种多变量非线性的无轴承薄片电机模型预测直接控制器，适用于无轴承薄片电机的高性能控制。

背景技术

无轴承永磁薄片电机是一类多变量、非线性、强耦合的被控制对象，不仅继承了无轴承永磁同步电机无摩擦、无磨损、无需润滑等一些优点，而且其永磁转子的轴向长度远小于转子外径，气隙小，使得只需控制两个径向自由度就可以实现无轴承永磁薄片电机的主动悬浮控制，根据磁阻最小原理能实现3个自由度(1个轴向自由度和2个扭转自由度)被动悬浮，大大减少了控制复杂程度，在化工、制药、生物医学工程、半导体制造中具有非常广泛的使用前景。

预测控制变量是实现无轴承薄片电机模型预测直接控制的重要部分。矢量控制的基本思想以产生相同的旋转磁动势为准则，将无轴承永磁薄片电机模型等效转化为直流电机模型进行控制，但是在实际控制中往往由于电机参数变化造成控制效果变差，动态响应慢，且控制方法复杂。直接控制方法将无轴承永磁薄片电机的转矩绕组和悬浮力绕组作为两个独立的系统来考虑，分别建立数学模型，实现独立控制。这种控制方法在负载突变、转速突变等情况下无法保持良好的悬浮特性。模型预测直接控制继承了直接控制动态响应快的优点，且提高了控制精度和鲁棒性，从而大幅度提高无轴承永磁薄片电机的性能。

中国专利申请号CN201521037225.0的文献中公开了一种单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器，其针对单绕组无轴承电机建立了由参考值计算部分和观测值计算部分组成的控制器，根据磁链幅值指令值、实时绕组转矩分量磁链幅值和相位以及实际反馈电流在转矩与悬浮力电压参考值发生器中生成电压静止坐标指令值，对转矩和转子径向悬浮力直接控制。中国专利申请号CN201610700872的文献中公开了一种无轴承永磁同步电机预测控制器及构造方法，其针对永磁同步电机搭建了预测控制器，并没有涉及直接转矩控制，控制性能不佳。

发明内容

1、技术目的

本发明的目的是提供一种既可使无轴承永磁薄片电机具有优良的动态性能，抗电机参数变化及抗负载扰动能力强，又能有效地提高无轴承永磁薄片电机的各项控制性能指标，如动态响应速度、稳态跟踪精度及参数鲁棒性的无轴承永磁薄片电机模型预测直接控制器。

2、技术方案

本发明所述的一种无轴承永磁薄片电机模型预测控制器采用的技术方案是：其由转矩预测控制系统和悬浮力预测控制系统组成，转矩预测控制系统包括转矩子系统预测控制器以及依次串联的PI控制器、代价函数计算模块、代价函数在线寻优模块和第一电压型逆变器，悬浮力预测控制系统包括悬浮力子系统预测控制器以及依次串联的悬浮力电压参考发生器、SVPWM调制模块和第二电压型逆变器，第一、第二电压型逆变器的输出端连接无轴承永磁薄片电机；