一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法。该方法考虑到模型预测电流控制对电机参数变化较敏感，如此会使得其控制系统的输出性能下降。此外，模型预测电流容错控制由于缺相故障导致其自由度降低，因此系统输出性能不如正常相下稳健。本发明专利技术用增量模型预测控制消去永磁磁链参与预测控制；然后用温度传感器测出电机定子电阻变化和温度关系，并做出补偿；最后，利用容错模型参考自适应辨识出d

【技术实现步骤摘要】
一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机模型预测容错控制
，特别涉及一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法。该方法几乎考虑了电流模型预测控制所有参数变化，使得模型预测电流容错控制对参数变化的鲁棒性大大提高，有利用提高模型预测容错控制系统的输出性能，并增强了开路故障下的参数鲁棒性。

技术介绍

[0002]基于安全性和可靠性的要求，如何抑制电机参数失配并实现高精度模型预测控制，是近年来研究的热点问题。因此能在不增加模型预测控制系统复杂性的前提下，同时考虑全参数的变化成为了模型预测控制安全性和可靠性的关键。此外，多相电机由于缺相导致自由度降低，系统输出性能不如正常相下稳健。因此，解决容错条件下参数失配显得更具有研究价值。
[0003]近年来，国内外学者在鲁棒预测控制方面做出了诸多工作，归纳起来可以分为两类：一种是忽视参数变化小的参数，如定子电阻参数，从而降低鲁棒性算法复杂程度；另一类全部考虑所有参数变化，并且将所有参数变化用各自提出的算法补偿，如此便增加控制系统算法复杂程度。
[0004]目前，有学者根据电机旋转坐标系下，模型预测方程中速度离散变化程度远小于电流离散变化，通过前一步和当下步做差减去含有转子永磁磁链参数部分，如此消去永磁磁链参与预测控制。但是，模型预测电流控制，特别是在容错控制下鲁棒性预测控制更鲜有学者探讨。通过将增量模型预测控制思想引入容错控制，便能提高参数鲁棒性，消除永磁磁链参数对系统的影响。此外，若通过用温度传感器测出电机定子电阻变化和温度关系做出补偿，实现定子电阻扰动的抑制，同时又能减轻控制系统算法复杂程度。同时，模型参考自适应具有结构简单，参数辨识精确度较高，广泛应用在参数辨识中。通过以上方法，把辨识到的参数实时更新在模型预测容错控制中，会实现较为理想的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为解决模型预测电流容错控制系统对参数变化更敏感的问题，以及提出增强预测控制参数鲁棒性的方案。针对现有算法忽视参数变化小的参数，或者全部考虑所有参数变化，并且将所有参数变化用各自提出的算法补偿，但是以增加控制系统算法复杂程度为代价的矛盾。
[0006]本专利技术采用的技术方案：用增量模型预测控制消去永磁磁链参与预测控制；然后用温度传感器测出电机定子电阻变化和温度关系，并做出补偿；同时利用容错模型参考自适应辨识出d
‑
q轴电感值，并应用在鲁棒模型预测电流容错控制中，以实时更新该系统中的原始参数。
[0007]因此，本专利技术提出一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法，为达到技术目的，所采用如下技术方案：
[0008]一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，由于五相电机不管任何一相发生开路故障，其效果是完全等价的，设定五相永磁同步电机A相发生开路故障首先建立A相开路故障下的容错控制模型；
[0010]步骤2，其次将上述容错控制模型离散化，并应用在五相永磁同步电机下的模型预测电流容错控制中；
[0011]步骤3，用增量模型预测控制方法重新推导上述模型预测电流容错控制，如此可以消去永磁磁链参数参与预测控制；
[0012]步骤4，用温度传感器测出五相永磁同步电机在连续运行过程的温度变化，然后计算出定子电阻在不同温度下对应的电阻值，实现电机实际运行过程中定子电阻温度上升多少对应补偿多少；
[0013]步骤5，用离线测量的方法求取单相开路故障下的永磁磁链参数，并且应用在容错模型参考自适应方法中，实现对d
‑
q轴电感参数的辨识，将辨识出的参数应用在模型预测电流容错控制中，如此可以消除交
‑
直轴电感变化对系统的影响；
[0014]通过以上步骤便可以消除电机参数对模型预测控制的影响，从而提高系统的参数鲁棒性，进而改善控制系统性能。
[0015]进一步，所述步骤1的具体过程为：
[0016]步骤1
‑
1，五相永磁电机的给定转速n
*
，与反馈转速n相减可得到转速误差，将该转速误差通过PI控制器可得到五相永磁电机的参考电流i
qref
，忽略磁阻转矩，且设定i
dref
＝0；
[0017]步骤1
‑
2，最小代价函数将电流预测输出的电流i
p
(k+2)和参考电流做差，并且根据做差后的最小代价函数，选取对应矢量触发逆变器桥臂开关的顺序信号S
i
，用该信号来驱动逆变器的开关触发顺序和脉宽大小组合生成相电流I
bcde
和转子位置角θ
e
；
[0018]步骤1
‑
3，由步骤1
‑
2生成的相电流I
bcde
，经过容错Park变换，将自然坐标系下的电流I
bcde
转换成旋转坐标系下的电流i
d
、i
q
和i
z
，
[0019]设定A相发生开路故障，对原有的5
×
5矩阵进行重构，可得到A相开路故障时基波空间上的降阶Clark变换矩阵以及对应的Park变换矩阵为：
[0020][0021][0022]其中，T
postclark
为基波空间上的降阶Clark变换矩阵，T
postpark
为基波空间上的降阶Park变换矩阵，α＝0.4π，θ表示转子的位置角；
[0023]步骤1
‑
4，i
d
、i
q
和i
z
经过一步延时补偿后，通过欧拉离散转换成预测模型控制的输入信号i
p
(k+1)；
[0024]步骤1
‑
5，容错参数在线辨识的输入信号分别为旋转坐标系d
‑
q轴电压u
d
、u
q
，电流i
d
、i
q
和转子角速度ω
m
，辨识到的L
^d
和L
^q
替换模型预测控制中的L
d
和L
q
；
[0025]步骤1
‑
6，模型预测电流i
p
(k+2)由备选矢量V
i
(i＝16)，以及输入信号i
p
(k+1)、转子角速度ω
m
、母线电压U
dc
和电机参数共同作用生成：
[0026][0027]其中，i
d
(k+2)、i
q
(k+2)和i
z
(k+2)分别为模型预测在d
‑
q轴和z轴的下电流输出，i
d
(k+1)、i
q
(k+1)和i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，由于五相电机不管任何一相发生开路故障，其效果是完全等价的，设定五相永磁同步电机A相发生开路故障首先建立A相开路故障下的容错控制模型；步骤2，其次将上述容错控制模型离散化，并应用在五相永磁同步电机下的模型预测电流容错控制中；步骤3，用增量模型预测控制方法重新推导上述模型预测电流容错控制，如此可以消去永磁磁链参数参与预测控制；步骤4，用温度传感器测出五相永磁同步电机在连续运行过程的温度变化，然后计算出定子电阻在不同温度下对应的电阻值，实现电机实际运行过程中定子电阻温度上升多少对应补偿多少；步骤5，用离线测量的方法求取单相开路故障下的永磁磁链参数，并且应用在容错模型参考自适应方法中，实现对d
‑
q轴电感参数的辨识，将辨识出的参数应用在模型预测电流容错控制中，如此可以消除交
‑
直轴电感变化对系统的影响；通过以上步骤便可以消除电机参数对模型预测控制的影响，从而提高系统的参数鲁棒性，进而改善控制系统性能。2.根据权利要求1所述的一种考虑全参数变化的鲁棒模型预测电流容错控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：步骤1
‑
1，五相永磁电机的给定转速n
*
，与反馈转速n相减可得到转速误差，将该转速误差通过PI控制器可得到五相永磁电机的参考电流i
qref
，忽略磁阻转矩，且设定i
dref
＝0；步骤1
‑
2，最小代价函数将电流预测输出的电流i
p
(k+2)和参考电流做差，并且根据做差后的最小代价函数，选取对应矢量触发逆变器桥臂开关的顺序信号S
i
，用该信号来驱动逆变器的开关触发顺序和脉宽大小组合生成相电流I
bcde
和转子位置角θ
e
；步骤1
‑
3，由步骤1
‑
2生成的相电流I
bcde
，经过容错Park变换，将自然坐标系下的电流I
bcde
转换成旋转坐标系下的电流i
d
、i
q
和i
z
，设定A相发生开路故障，对原有的5
×
5矩阵进行重构，可得到A相开路故障时基波空间上的降阶Clark变换矩阵以及对应的Park变换矩阵为：上的降阶Clark变换矩阵以及对应的Park变换矩阵为：其中，T
postclark
为基波空间上的降阶Clark变换矩阵，T
postpark
为基波空间上的降阶Park变换矩阵，α＝0.4π，θ表示转子的位置角；步骤1
‑
4，i
d
、i
q
和i
z
经过一步延时补偿后，通过欧拉离散转换成预测模型控制的输入信号i
p
(k+1)；
步骤1
‑
5，容错参数在线辨识的输入信号分别为旋转坐标系d
‑
q轴电压u
d
、u
q
，电流i
d
、i
q
和转子角速度ω
m
，辨识到的L
^d
和L
^q
替换模型预测控制中的L
d
和L
q
；步骤1
‑
6，模型预测电流i
p
(k+2)由备选矢量V
i
(i＝16)，以及输入信号i
p
(k+1)、转子角速度ω
m
、母线电压U
dc
和电机参数共同作用生成：其中，i
d
(k+2)、i
q
(k+2)和i
z
(k+2)分别为模型预测在d
‑
q轴和z轴的下电流输出，i
d
(k+1)、i
q
(k+1)和i
z
(k+1)分别为模型预测在d
‑
q轴和z轴的下电流输入，u
d
(k+1)、u
q
(k+1)和u
z
(k+1)分别为模型预测在d
‑
q轴和z轴的下电压输入，L
d
为直轴电感，L
q
为交轴电感，l
s
为漏感，ψ
f
为永磁磁链，R为定子电阻，ω
m
是电机中的转子角速度，T为采样周期，k为采样顺序；步骤1
‑
7，将模型预测电流i
p
(k+1)和上一步电流输入i
p
(k)做差，可以消去永磁磁链参数参与模型预测控制：其中，x
p
(k+1)为k+1步的增量模型预测电流，x
p
(k)为第k步的增量模型预测电流，i
d
(k+1)和i
q
(k+1)为k+1步的离散旋转坐标下电流输入，i
d
(k)和i
q
(k)为第k步的离散旋转坐标下电流输入，i
d
(k
‑
1)和i
q
(k
‑
1)为第k
‑
1步的离散旋转坐标下电流输入，v
p
(k)为第k步的增量模型预测电压输入，u
d
(k)和u
q
(k)为第k步的离散旋转坐标下电压输入，u
d
(k
‑
1)和u
q
(k
‑
1)为第k
‑
1步的离散旋转坐标下电压输入；步骤1
‑
8，将步骤1
‑
7中x
p
(k)和v
p
(k)，以及电机参数矩阵A、B代入下列增量模型预测控制表达式中，x
p
(k+1)＝Ax
p
(k)+Bv
p
(k)其中，参数矩阵,展开便得下列表达式：
其以上式子中，i
pd
(k+2)、i
pq
(k+2)和i
pz
(k+2)为增量模型预测控制电流输出，L^
d
和L^
q
为容错参数辨识求取的d
‑
q电感参数，R
s
为定子电阻温度变化补偿值，其余输入信号以及参数在步骤1
‑
6和步骤1
‑
7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，安兴科，陈前，赵文祥，宋向金，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：