一种基于变论域模糊PI及模型预测的PMSM控制方法

本发明属于电机控制，尤其涉及一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法。

背景技术：

1、永磁同步电机是一个多变量、强耦合、时变的复杂非线性系统；其工作性能的好坏与系统的控制方式密切相关。传统的pi控制以其原理简单且易于实现的优势早年在pmsm控制系统中得到了广泛的应用，但它依赖于被控对象精确的数学模型，控制性能受运行工况或电机参数变化的影响较大，无法满足现今对高性能pmsm控制系统的要求。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法。

2、技术方案：本发明提供了一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1：建立永磁同步电机的状态空间方程；

4、步骤2：基于步骤1中的状态空间方程构建永磁同步电机电流内环预测模型；

5、步骤3：构建永磁同步电机速度外环的变论域模糊pi控制模型；

6、步骤4：基于电流内环预测模型和变论域模糊pi控制模型实现pmsm控制。

7、进一步的，所述步骤1中的状态空间方程为：

8、

9、其中，表示输入的状态量，y表示输出状态量，δx(k)＝aδx(k-1)+bδu(k-1)，δx(k-1)＝x(k-1)-x(k-2)，δu(k-1)＝u(k-1)-u(k-2)，k表示采样时刻，c1＝[0 i]，i表示单位矩阵，ud和uq分别为永磁同步电机定子直轴电压和交轴电压；rs为定子绕组的电阻，ld和lq分别为为等效到d轴、q轴上的电感，ωe为动子的电角速度，ωe与电机转速n的关系为n＝(30/np/π)*ωe，id、iq分别为d轴、q轴的等效电流，ψf为永磁体磁链，np为极对数，ts为采样周期。

10、进一步的，该方法还包括根据矢量控制原理整定pi参数：

11、永磁同步电机内环pi参数为：

12、

13、其中，kdp为d轴电流环pi控制器的比例系数，kdi为d轴电流环pi控制器的积分系数，kqp为q轴电流环pi控制器的比例系数，kqi为q轴电流环pi控制器的积分系数；

14、转速外环的pi参数为：

15、

16、其中，knp为速度环中pi控制器的比例系数，kni为速度环中pi控制器的积分系数，j为转动惯量，τn＝20ts。

17、进一步的，所述步骤2中永磁同步电机电流内环预测模型表达式如下所示：

18、uout(k)＝uout(k-1)+δu(k)

19、其中，uout(k)表示k时刻的最优输出量，δu(k)表示输出增量，δu(k)的表达式为：其中，np表示预测步长，nc＝1,2,…,np；q表示输出增量的权重系数矩阵，表示当前采样时刻k之后第时刻的输出对应的输出增量的权重系数,diag(.)为对角函数，t表示转置，r(k)表示预测步长np内永磁同步电机输出的期望轨迹，r(k)＝[r(k+1),r(k+2),...,r(k+np)]t，r(k+np)表示未来第k+np时刻是时永磁同步电机输出的期望轨迹。

20、进一步的，所述步骤3中变论域模糊pi控制模型选取的伸缩因子包括α(e)，α(ec)，β(e,ec)；表达式为：

21、其中，e为误差量的模糊论域的边界值，ξ为充分小的正数，a∈[0,1]，ε为可调参数，e表示误差量，ec表示e的一阶导数，ec为ec的基本论域。

22、有益效果：本发明根据矢量控制原理设计永磁同步电机双闭环控制框图，整定速度环和电流环pi控制器参数，本发明设计储一种增量式模型预测控制器和变论域模糊pi控制器，通过增量式模型预测控制器和变论域模糊pi控制器减小了系统的超调量和调节时间、提高了系统的控制性能。本发明优良的动态性能和控制精度对于提高永磁同步电机的控制性能具有非常积极的意义。

技术特征：

1.一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，其特征在于，所述步骤1中的状态空间方程为：

3.根据权利要求2所述的一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，其特征在于，该方法还包括根据矢量控制原理整定pi参数：

4.根据权利要求2所述的一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，其特征在于，所述步骤2中永磁同步电机电流内环预测模型表达式如下所示：

5.根据权利要求5所述的一种基于变论域模糊pi及模型预测的pmsm控制方法，其特征在于，所述步骤3中变论域模糊pi控制模型选取的伸缩因子包括α(e)，α(ec)，β(e,ec)；表达式如下所示：

技术总结本发明提供了一种基于变论域模糊PI及模型预测的PMSM控制方法，具体为：步骤1：建立永磁同步电机的状态空间方程；步骤2：基于步骤1中的状态空间方程构建永磁同步电机电流内环预测模型；步骤3：构建永磁同步电机速度外环的变论域模糊PI控制模型；步骤4：基于电流内环预测模型和变论域模糊PI控制模型实现PMSM控制。本发明减小了PMSM系统的超调量和调节时间、提高了系统的控制性能。技术研发人员：耿乙文,黄昊贤,赵全洲,刘畅,卿洋,王雅茹受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17