[发明专利]一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法及系统，包括：利用并联扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动进行观测；其中，所述并联扩张状态观测器的最佳宽带通过神经网络预测得到；基于所述总扰动和最佳宽带构建永磁同步电机模型预测电流控制器，所述永磁同步电机模型预测电流控制器输出的电压矢量，通过SVPWM调制控制开关管的导通状态，实现对永磁同步电机的控制。本发明利用并联扩张观测器结合神经网络带宽最小化技术，实现了永磁同步电机在相对较低的控制带宽下，精确的无模型预测控制，同时可以减小系统开关频率，降低损耗，提升永磁同步电机伺服系统运行效率。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机无模型预测控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。永磁同步电机模型预测电流控制(ModelPredictiveCurrentControl,MPCC)因为其结构简单，调节方便且动态响应迅速而被工业界广泛应用。

由于MPCC依赖于电机数学模型，当电机参数随着运行时间的增加而发生变化后，MPCC的控制性能将会下降。对此学术界提出了一种基于超局部模型的永磁同步电机无模型预测电流控制(Model-freePredictiveCurrentControl,MFPCC)。然而，该方法会增加控制器的调节参数，加大了系统的设计难度，不易于工业应用。

对此，一种基于(Extended State Observer，ESO)的永磁同步电机无模型预测电流控制方法(MFPCC-ESO)应运而生，该方法只需要系统的输入量电流与输出量电压，即可实现电机的电流闭环控制，完全不依赖电机参数，增强了系统的鲁棒性且保留了PCC的优势，使电机具备优越的动态性能。此时电机的控制性能主要受ESO的带宽影响，较高的带宽将会增强电机的抗干扰能力，但同时也会引入高频噪声，影响其稳态性能；相反，较低的带宽将会抑制高频噪声，但同时也会降低ESO的观测精度，使系统抗干扰能力下降。因此，如何在对系统状态和总扰动准确估计的同时，设计合适的观测器带宽是需要解决的一个技术难题。现有技术中对于ESO的带宽设计并没有一个很好的方案，通常是通过实验调试的方法得到一个折衷的参数，从而影响了电机的控制精度。

MFPCC-ESO方法通常具有较高的增益，增强了系统的抗干扰性能。然而，这种高增益的ESO有两个主要的局限性：1)它放大了高频测量噪声；2)它降低了参考跟踪精度。为了增加ESO的观测精度，通常是通过牺牲一部分系统的抗扰能力即减小ESO带宽来实现。所以传统的MFPCC-ESO的控制带宽在稳态与动态上始终存在一个矛盾，不能充分发挥其性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法与系统，利用并联扩张观测器(Parallel Extended State Observer,PESO)结合神经网络带宽最小化技术，实现了永磁同步电机在相对较低的控制带宽下，精确的无模型预测控制，同时可以减小系统开关频率，降低损耗，提升永磁同步电机伺服系统运行效率。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种永磁同步电机无模型预测电流控制方法，包括：

利用并联扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动进行观测；其中，所述并联扩张状态观测器的最佳宽带通过神经网络预测得到；

基于所述总扰动和最佳宽带构建永磁同步电机模型预测电流控制器，所述永磁同步电机模型预测电流控制器输出的电压矢量，通过SVPWM调制控制开关管的导通状态，实现对永磁同步电机的控制。