[发明专利]无位置传感器永磁电机无差拍电流预测的控制方法及系统

说明书

无位置传感器永磁电机无差拍电流预测的控制方法及系统，它属于电机控制技术领域。本发明解决了现有的无差拍电流预测方法中系统的尺寸、重量大，维护成本高，以及当电机参数发生变化时存在的电流预测精度低的问题。本发明将包含反馈增益矩阵的无差拍电流预测方程作为可调模型，构建新的自适应观测器，并且根据波波夫超稳定理论，推导出能保证系统稳定的条件；不仅可以利用可调模型预测下一采样周期指令电压，提升系统动态性能，而且通过增加反馈增益，提高了估计的转速和位置角信息的稳定区域，提升系统鲁棒性。将无差拍电流预测与无位置传感器控制结合，统一成一种观测器形式，简化了电机控制算法。本发明可以应用于无差拍电流预测的控制。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种无位置传感器永磁电机无差拍电流预测的控制方法及系统。

背景技术

永磁同步电机凭借结构简单、运行可靠、质量轻、效率高、功重比高等显著优点在交流电机调速系统领域中获得广泛应用和不断发展。相对于直流电机，它没有换向器和电刷，因此减少了维护成本和可能带来的不便。与异步电机相比，结构比较简单，定子电流和定子电阻损耗减少，转子参数可测，控制性能好。与普通同步电机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。在工业制造产业快速发展的同时，永磁电机作为这些技术和系统中重要的基础元件，应用领域越来越广。

近些年来，在一些高性能的工业控制场合，如专用高端数控机床(切割机、抛光等)、工业机器人、3D打印，航空航天等领域对电机控制系统提出了高精度、强鲁棒性、高动态响应的要求。此外传统电机控制系统中，转子位置和转速信息的获取通常通过安装机械位置传感器，但机械位置传感器的安装无疑会增加系统尺寸、重量、成本和人工维护，为了提高系统的适配性和可靠性，无位置传感器控制技术成为电机驱动控制领域的热点。

但是目前基于传统控制算法的永磁同步电机存在以下问题：常见的电流环控制方法为比例积分控制结构，虽然其具有结构简单、易于编程实现等优点，但由于其低通滤波特性，其输出存在相位滞后、动态性能受限等缺点，不适合一些需要高精度控制的场合。而且传统无差拍电流预测方法与传统无位置传感器控制方法之间并没有建立联系，导致在现有无差拍电流预测方法中，系统的尺寸和重量较大，维护成本较高，而且现有的无差拍电流预测方法对电机的控制效果受电机参数准确性影响。当实际永磁同步电动机作为一个多变量、强耦合的非线性被控对象，参数(电阻、电感、磁链等)发生变化时，会对预测电流精度、稳定性带来不可忽视的影响。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的无差拍电流预测方法中系统的尺寸、重量大，维护成本高，以及当电机参数发生变化时存在的电流预测精度低的问题，而提出了一种无位置传感器永磁电机无差拍电流预测的控制方法及系统。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

基于本发明的一个方面，一种无位置传感器永磁电机无差拍电流预测的控制方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、将电机旋转坐标系下的定子电压磁链方程改写为定子电流形式，并把定子电流形式的方程作为参考模型，将包含反馈增益矩阵的无差拍电流预测方程作为可调模型，并根据参考模型和可调模型，构建自适应观测器；

步骤二、基于步骤一中构建的自适应观测器，获得转子电角速度和转子位置角的估计值；

利用转子电角速度估计值，将转子电角速度估计过程整理成单输入单输出系统，并求得单输入单输出系统在斜坡响应下的转速稳态误差；

步骤三、利用步骤一中的可调模型来预测下一采样时刻定子电压的指令值，将预测出的定子电压指令值和转子位置角估计值带入坐标变化表达式中，得到α、β轴下的定子电压，再通过SVPWM将α、β轴下的定子电压转换为逆变器开关信号；

将电流预测过程的原控制器在离散域下整理，将可调模型解耦为两个单输入单输出系统，再求得离散域下反馈增益矩阵与解耦的两个单输入单输出系统稳定性之间的关系；