一种适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的非级联预测速度同步控制方法，将驱动电机的运动方程、电压方程、两电平电压源逆变器及同步误差表达式的数学模型相结合，建立统一模型；然后通过基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析的离线求解算法实现权重系数矩阵的自整定，之后将整定后的权重系数矩阵用于统一FCS

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法


[0001]本专利技术涉及双永磁电机系统控制
，特别是涉及适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法。

技术介绍

[0002]在多电机速度同步控制系统中，同步性能的好坏直接影响印刷、纺织、造纸、电动汽车等高性能的工业系统的可靠性与生产产品的质量。因此如何改善多电机同步控制系统性能及提高同步控制精度具有十分重要的现实意义。
[0003]目前，多电机同步控制多采用级联型控制结构，但是这种级联型控制结构本身具有一些局限性：1)多控制环大大限制了系统的动态响应速度；运动惯性以及响应不及时等问题会影响速度同步精度和跟踪精度；2)级联控制通常是对已经发生的同步误差进行补偿控制，不能实现同步误差发生前的提前控制。想要实现在同步误差发生之前对其进行预测控制，且提高其动态响应速度，一个重要方法就是模型预测控制。
[0004]有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model predictive control，FCS-MPC)适用于多电机控制系统，在解决包含复杂约束多变量控制问题中具有设计简单、灵活的优点。但现有有限控制集模型预测速度控制方法中均需要进行权重系数整定，大多是采用经验法或试凑法，既增加了控制难度，又耗费了大量的时间在反复试验上。因此研究双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法有着重要的实际意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是减少双永磁电机系统权重系数整定所耗费的时间，并提高其动态响应速度和同步跟踪精度，从有限控制集的角度出发，提出一种基于二次型价值函数的双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制方法。首先基于统一建模的思想，将驱动电机的运动方程、电气方程、两电平电压源逆变器及同步误差表达式的数学模型相结合，建立统一模型；然后通过基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析的离线求解算法实现权重系数矩阵的自整定，之后将整定后的权重系数矩阵用于统一FCS-MPC控制器的在线滚动优化过程，并进行价值函数的寻优。同时考虑实际用户需求，增加电流限制模块来实现对电流的限制。与传统的同步控制策略不同，基于二次型价值函数的非级联预测速度同步控制方法不仅能够保证各误差项的收敛性，而且能够减少权重系数整定所耗费的时间，避免依赖主观因素的影响，减小控制难度。
[0006]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0007]一种适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，测定两台电机的电流和转子位置信号，通过扩展卡尔曼滤波观测器观测当前时刻的每一电机的转速和负载转矩；
[0009]步骤2，利用步骤1得到的参数将驱动电机的运动方程、电气方程和两电平电压源逆变器的数学模型相结合，建立统一预测模型；
[0010]步骤3，将上一时刻所选的最优电压矢量作用于当前时刻进行时间延迟补偿；
[0011]步骤4，通过步骤2所述的统一预测模型，得到转速、电流、同步误差组成的预测向量，再将预测向量与参考向量做差得到误差向量E(k+1)，由误差向量与权重系数矩阵构成二次型价值函数通过基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性分析的离线求解算法实现二次型价值函数中权重系数矩阵的自整定；
[0012]步骤5，将整定后的权重系数矩阵用于FCS-MPC控制器的在线滚动优化过程，并代入最优权重系数矩阵到所述二次型价值函数中，并求得使价值函数最小的最优电压矢量作用于各台逆变器。
[0013]在上述技术方案中，所述步骤2中，统一预测模型为：
[0014]x(k+1)＝G(k)x(k)+Hu(k)
ꢀꢀ
(1)
[0015]式中，x(k+1)＝[ω
x
(k+1) ω
y
(k+1) i
dx
(k+1) i
qx
(k+1) i
dy
(k+1) i
qy
(k+1) ε(k+1)]T
；u(k)＝[T
Lx
(k) T
Ly
(k) u
dx
(k) u
qx
(k) u
dy
(k) u
qy
(k)]T
；
[0016][0017]A
i
＝1-T
smi
B
i
/J
i
；B
i
＝K
ti
T
smi
/J
i
；C
i
＝1-T
si
R
si
/L
si
；D
i
＝-T
si
p
i
ω
i
(k)；F
i
＝T
smi
B
i
/J
i
；M
i
＝-T
smi
/J
i
；N
i
＝T
si
/L
si
；J
i
为电机转动惯量；T
Li
为负载转矩；B
i
为电机粘性摩擦因数；ω
i
为转子机械角速度；R
si
、L
si
分别为定子电阻、定子电感；为永磁体磁链；p
i
为极对数；K
ti
为永磁同步电机的转矩系数，且T
si
为电流采样周期；由于在电机系统中电磁时间常数小于机械时间常数，为了避免速度控制和电流控制的相互影响，本文中速度的采样时间设为电流采样时间的10倍，即T
smi
为转速采样周期，且T
smi
＝10T
si
；k表示电流的采样时刻；i
qi
为定子电流的q轴分量，i
di
为定子电流的d轴分量；u
qi
为q轴电压分量，u
di
为d轴电压分量；下标i＝x、y，x、y分别表示电机x和电机y；ε为同步误差。
[0018]在上述技术方案中，所述步骤4中，二次型价值函数为：
[0019]J(k)＝E
T
(k+1)WE(k+1)
ꢀꢀ
(2)
[0020]式中，权重系数矩阵W为7阶正定对称矩阵，E(k+1)＝[ω
x*-ω
x
(k+1)ω
y*-ω
y
(k+1)i
dx*-i
dx
(k+1)i
qx*-i
qx
(k+1)i
dy*-i
dy
(k+1)i
qy*-i
qy
(k+1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
i
dx
(k+1)i
qx*-i
qx
(k+1)i
dy*-i
dy
(k+1)i
qy*-i
qy
(k+1)ε(k+1)]
T
为7
×
1的误差矩阵，同步误差的参考值为0，且ω
x*
、ω
y*
、i
dx*
、i
dy*
、i
qx*
和i
qy*
分别为x、y轴转速参考值、d轴电流参考值和q轴电流参考值。5.如权利要求4所述的适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法，其特征在于，所述步骤4中，二次型价值函数离线求解方法如下：令U＝W-1
，U需满足线性矩阵不等式形式由于式(3)的解不是唯一的，定义一个最优解，如下所示式中，f(U)为由U决定的函数，f(U)＝SUS
T
，S＝[0 0 0 0 0 0 1]。6.如权利要求5所述的适用于双永磁电机系统的基于二次型价值函数的预测速度同步控制方法，其特征在于，W满足以下两个约束条件：其中：约束条件一为：λ1+λ2+λ7＞10000*(λ3+λ4+λ5+λ6)
ꢀꢀ
(5)式中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7分别为E(k+1)权重系数矩阵中ω
x*-ω
x
(k+1)、ω
y*-ω
y
(k+1)、i
dx*-i
dx
(k+1)、i
qx*-i
qx
(k+1)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀云，王志强，李晓霖，毛福新，李春鹏，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：