一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法及系统

本发明涉及永磁同步电机控制，尤其涉及一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法及系统。

背景技术：

1、近年来，由于内嵌式永磁同步电机具有功率因数高、效率高和可靠性高等优点，被广泛应用于工业领域，如数控机床、家用电器、地铁和高速铁路牵引系统等。相对于传统的永磁同步电机驱动控制算法，如基于比例积分(pi)的矢量控制和直接转矩控制等，模型预测控制具有很强的约束处理能力，遵循最优控制原理，非常适合工业实际应用。

2、模型预测控制在永磁同步电机驱动中普遍存在的问题是参数失配和开关频率过高，模型的不确定性会对电机控制的鲁棒性造成影响，开关频率过高会造成开关损耗过高，并且造成较大的能量损失。

技术实现思路

1、本发明提供一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法和系统，用以解决现有技术中模型的不确定性会对电机控制的鲁棒性造成影响，并且造成较大的能量损失。

2、第一方面，本发明提供一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，包括：建立三相永磁同步电机在参数失配时以d-q轴电流为状态变量的状态方程；设计扩张状态观测器对三相永磁同步电机进行观测与补偿扰动；在基于扩张状态观测器的鲁棒模型预测控制框架中引入事件触发技术，利用阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和恢复；将引入事件触发技术的鲁棒模型预测控制框架输出的d-q轴的预测电流代入成本函数，选择成本函数值最小的电压矢量作为最优电压矢量，以实现永磁同步电机的控制。

3、根据本发明提供的一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，建立三相永磁同步电机在参数失配时以d-q轴电流为状态变量的状态方程，包括：建立三相永磁同步电机在d-q坐标系下的电压方程：

4、

5、其中，id、iq和ud、uq分别为d-q坐标系下的电流和电压分量；rs、ld、lq分别表示定子电阻、定子d轴电感和定子q轴电感；ωe、ψf分别为转子电角速度和永磁体磁链；

6、将电压方程改写为以d-q轴电流为状态变量的状态方程：

7、

8、其中，xdq(t)＝[id iq]t，udq(t)＝[ud uq]t，edq(t)＝[0-ωe(t)ψf/lq]t，

9、

10、考虑参数失配时将状态方程改写为：

11、

12、其中，fdq(t)＝[fd(t)fq(t)]t，fd(t)和fq(t)分别表示参数失配引起的d-q轴上的总扰动。

13、根据本发明提供的一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，设计扩张状态观测器对三相永磁同步电机进行观测与补偿扰动，包括：

14、建立参数失配时的扩张状态观测器方程：

15、

16、其中，z1dq(t)表示扩张状态观测器估算的d-q轴电流；z2dq(t)表示总扰动fdq(t)；c1和c2是扩张状态观测器的增益，c1＝2ωc，ωc是扩张状态观测器的理想带宽；

17、采用一阶正向欧拉法对扩张状态观测器方程进行离散化处理，得到扩张状态观测器离散方程：

18、

19、其中，ts表示采样时间；

20、考虑参数失配造成的干扰，k+2时刻的电流方程为：

21、

22、其中，i表示单位矩阵。

23、根据本发明提供的一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，在基于扩张状态观测器的鲁棒模型预测控制框架中引入事件触发技术，利用阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和恢复，包括：定义时间间隔[tn,tn+1)，其中tn+1是激活触发条件发生时的触发时间；

24、定义估计状态变量的误差，并确定误差上限：

25、

26、其中，表示估计状态变量的误差，z1dq(tn)表示在时间间隔内未更新的估计状态变量，z1dq(t)表示利用扩张状态观测器估算的d-q轴电流；

27、在触发时刻tn+1,状态变量的误差上限可以更新为：

28、

29、触发条件的不等式设计为：

30、

31、其中，ζ为调节参数。

32、根据本发明提供的一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，在触发条件应用于有限集模型预测控制之前，进行采样周期为ts的离散化处理，具体为：

33、

34、根据本发明提供的一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，将引入事件触发技术的鲁棒模型预测控制框架输出的d-q轴的预测电流代入成本函数，具体为：

35、

36、其中，g表示成本函数，id(k+2)和iq(k+2)为d-q轴在k+2时刻的预测电流，和是d-q轴电流的给定值。

37、第二方面，本发明还提供一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制系统，包括：

38、电机数学模型建立模块，用于建立三相永磁同步电机在参数失配时以d-q轴电流为状态变量的状态方程；

39、观测补偿模块，用于设计扩张状态观测器对三相永磁同步电机进行观测与补偿扰动；

40、触发条件设置模块，用于在基于扩张状态观测器的鲁棒模型预测控制框架中引入事件触发技术，利用阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和恢复；

41、控制输出模块，用于将引入事件触发技术的鲁棒模型预测控制框架输出的d-q轴的预测电流代入成本函数，选择成本函数值最小的电压矢量作为最优电压矢量，以实现永磁同步电机的控制。

42、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法的步骤。

43、第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法的步骤。

44、本发明提供的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法及系统，采用一种事件触发控制技术，通过引入阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和启动，从而降低系统开关频率，最大限度地减少不必要的能量损失。同时考虑到模型不确定性对于系统鲁棒性的影响，将扩张状态观测器与基于事件触发控制技术的控制框架相结合，利用扩张状态观测器来对模型失配产生的扰动进行观测与补偿，既能保持较低的开关频率，又能增强参数鲁棒性并减轻模型不确定性的影响，从而减少能量损失。

技术特征：

1.一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，建立三相永磁同步电机在参数失配时以d-q轴电流为状态变量的状态方程，包括：

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，设计扩张状态观测器对三相永磁同步电机进行观测与补偿扰动，包括：

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，在基于扩张状态观测器的鲁棒模型预测控制框架中引入事件触发技术，利用阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和恢复，包括：

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，在触发条件应用于有限集模型预测控制之前，进行采样周期为ts的离散化处理，具体为：

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法，其特征在于，将引入事件触发技术的鲁棒模型预测控制框架输出的d-q轴的预测电流代入成本函数，具体为：

7.一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制系统，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法的步骤。

技术总结本发明提供一种永磁同步电机鲁棒性模型预测控制方法及系统，属于永磁同步电机控制技术领域，所述方法包括：建立三相永磁同步电机在参数失配时以d‑q轴电流为状态变量的状态方程；设计扩张状态观测器对三相永磁同步电机进行观测与补偿扰动；在基于扩张状态观测器的鲁棒模型预测控制框架中引入事件触发技术，利用阈值不等式设计来调节模型预测控制方案的暂停和恢复；将引入事件触发技术的鲁棒模型预测控制框架输出的d‑q轴的预测电流代入成本函数，选择成本函数值最小的电压矢量作为最优电压矢量，以实现永磁同步电机的控制。本发明既能保持较低的开关频率，又能增强参数鲁棒性并减轻模型不确定性的影响，从而减少能量损失。技术研发人员：罗伊逍,罗俊强,杨凯,苏申科受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10