基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法，涉及电机控制技术领域。本发明专利技术是为了解决传统的PI控制器在实现内置式永磁同步电机的弱磁控制时，控制效果差、易受扰动且容易出现电流失的问题。本发明专利技术向电机控制系统的状态变量中引入约束变量，重构电机的离散数学模型，建立线约束EMPC的二次代价函数，求解二次代价函数输入矩阵的最优解，将最优解作为电机控制系统的输入，实现电机的弱磁控制。实现电机的弱磁控制。实现电机的弱磁控制。
【技术实现步骤摘要】
基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法
[0001]本专利技术属于电机控制
技术介绍
[0002]随着石油资源的日趋减少以及传统燃油汽车尾气排放造成的环境压力，对新能源电动汽车的研究成为了汽车行业发展的趋势。由于体积小、功率密度大、调速范围宽等优点，新能源汽车的电机常采用内置式永磁同步电机(Interior permanent magnet synchronous motors，IPMSMs)。新能源汽车的电机驱动系统是高精度的伺服系统，具备以下特点：
[0003](1)调速范围宽，满足电动车辆的高速运行需求，且在全部的转速/转矩范围内可运行的点都应具有较高的效率，来提高续驶里程；
[0004](2)环境适应性高，要满足汽车苛刻的使用条件；
[0005](3)安全性要求高，高压安全、功能安全；
[0006](4)电磁兼容性要求高，满足整车电气要求；
[0007](5)舒适性高，振动噪声必须得到严格控制；
[0008](6)体积功率密度高，还要求高度的集成化。
[0009]传统的电机驱动控制器采用比例积分控制器(Proportional Integral，PI)。而永磁同步电机是一个强耦合、非线性系统，这使得单输入单输出结构的PI控制器难以获得较好的控制效果。此外PI参数整定以及易受外界扰动影响等问题也制约其在电动汽车的驱动系统上的应用。
[0010]为了兼顾高调速范围和大输出转矩的要求，当逆变器输出电压达到限制时，常采用弱磁调速方法。目前实现弱磁的方法可以总结为电压反馈法、公式法、单电流控制方法。由于对电机参数精度要求低，实现方法容易等特点，电压反馈弱磁法得到了广泛的运用。但是由于PI调节器存在积分饱和的问题，使得在深度弱磁的情况下，当速度和转矩发生阶跃响应时，容易导致PI控制环失控，影响设备的安全和可靠性。针对PI积分饱和问题，现在提出了很多积分抗饱和的方案，但这只是降低了电流失控的可能性，并没有完全避免失控问题的发生。
[0011]综上所述传统的PI控制器在实现内置式永磁同步电机的弱磁控制时存在如下的问题：
[0012](1)受限于单输入单输出的结构，PI控制器在对强耦合特性的IPMSM进行控制时，难以获得较好的控制效果。
[0013](2)PI参数的整定物理意义不明确，易受外界扰动的影响，目前还没有较好的解决方案。
[0014](3)由于PI控制器的积分饱和特性，在深度弱磁阶段，容易出现电流失控问题。尽管有很多积分抗饱和的方案被提出，但只是减少了失控发生的可能而不是完全避免失控问题的发生。
技术实现思路
[0015]本专利技术是为了解决传统的PI控制器在实现内置式永磁同步电机的弱磁控制时，控制效果差、易受扰动且容易出现电流失的问题，现提供基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法。
[0016]基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法，具体方法为：
[0017]步骤一：向电机控制系统的状态变量x中引入约束变量F
lim
，重构电机的离散数学模型，获得电机控制系统的传输矩阵A、输入矩阵B和输出系数矩阵C，
[0018]所述离散数学模型为：
[0019][0020]且所述离散数学模型满足以下约束条件：
[0021][0022]其中，x(k)＝[i
d
(k) i
q
(k) F
d
(k) F
q
(k) i
qref
(k) F
lim
(k)]T
，
[0023]k为采样时刻，u为电机控制系统的输入量、且u(k)＝[u
d
(k) u
q
(k)]T
，u
d
和u
q
分别为直轴和交轴同步电压，y为电机控制系统的过程输出变量，i
d
和i
q
分别为直轴和交轴同步电流，F
d
和F
q
分别为直轴和交轴可观测项，i
qref
为q轴电流给定值，I
qmax
为直轴同步电流最大值，L为电压约束的系数矩阵，U
max
为逆变器允许的最大电压，E为单位列向量；
[0024]步骤二：利用电机控制系统的传输矩阵A、输入矩阵B和输出系数矩阵C采用线约束EMPC的迭代方法获得状态变量的二次系数矩阵Y、输入量的二次系数矩阵H和输入量的一次系数矩阵F；
[0025]步骤三：利用状态变量x、状态变量的二次系数矩阵Y、输入量的二次系数矩阵H和输入量的一次系数矩阵F建立线约束EMPC的二次代价函数J(k)：
[0026][0027]其中，U为二次代价函数J(k)的输入矩阵；
[0028]步骤四：将所述离散数学模型的约束条件作为二次代价函数J(k)的有效约束条件，求解输入矩阵U的最优解：
[0029][0030]其中，λ为拉格朗日系数，G
ac
为有效约束的系数矩阵；
[0031]步骤五：将输入矩阵U的最优解作为电机控制系统的输入，实现电机的弱磁控制。
[0032]进一步的，在步骤一中，
[0033]建立电机的数学模型：
[0034][0035]其中，L
d
和L
q
分别为直轴和交轴同步电感，R
s
为电机的定子电阻，ω为转系电角速度，λ
r
为转子磁链；
[0036]对所述数学模型进行离散化，获得离散形式：
[0037][0038]其中，T为采样周期；
[0039]采用超局域模型结构对离散形式进行解耦，获得解耦后的数学模型：
[0040][0041]其中，α
d
和α
q
分别为电机控制系统的直轴和交轴输入量系数；
[0042]利用引入约束变量F
lim
的状态变量x将解耦后的数学模型重构为矩阵形式，获得电机的离散数学模型。
[0043]进一步的，上述步骤三中，所述二次代价函数J(k)的输入矩阵U的具体表达式为：
[0044][0045]其中，N
u
为控制时域长度，R为输入权重矩阵，m为矩阵迭代次数。
[0046]进一步的，上述拉格朗日系数λ表达式为：
[0047]λ＝M
ac
x(k)+m
ac
，
[0048]其中，M
ac
和m
ac
分别为线约束EMPC输出的系数矩阵和常数矩阵，
[0049]且有：
[0050][0051][0052]E
ac
为有效状态变量的系数矩阵，W
ac
为有效约束条件的常数项矩阵。
[0053]进一步的，上述直轴和交轴可观测项F
d
和F
q...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法，其特征在于，具体方法为：步骤一：向电机控制系统的状态变量x中引入约束变量F
lim
，重构电机的离散数学模型，获得电机控制系统的传输矩阵A、输入矩阵B和输出系数矩阵C，所述离散数学模型为：且所述离散数学模型满足以下约束条件：其中，x(k)＝[i
d
(k)i
q
(k)F
d
(k)F
q
(k)i
qref
(k)F
lim
(k)]
T
，k为采样时刻，u为电机控制系统的输入量、且u(k)＝[u
d
(k)u
q
(k)]
T
，u
d
和u
q
分别为直轴和交轴同步电压，y为电机控制系统的过程输出变量，i
d
和i
q
分别为直轴和交轴同步电流，F
d
和F
q
分别为直轴和交轴可观测项，i
qref
为q轴电流给定值，I
qmax
为直轴同步电流最大值，L为电压约束的系数矩阵，U
max
为逆变器允许的最大电压，E为单位列向量；步骤二：利用电机控制系统的传输矩阵A、输入矩阵B和输出系数矩阵C采用线约束EMPC的迭代方法获得状态变量的二次系数矩阵Y、输入量的二次系数矩阵H和输入量的一次系数矩阵F；步骤三：利用状态变量x、状态变量的二次系数矩阵Y、输入量的二次系数矩阵H和输入量的一次系数矩阵F建立线约束EMPC的二次代价函数J(k)：其中，U为二次代价函数J(k)的输入矩阵；步骤四：将所述离散数学模型的约束条件作为二次代价函数J(k)的有效约束条件，求解输入矩阵U的最优解：其中，λ为拉格朗日系数，G
ac
为有效约束的系数矩阵；步骤五：将输入矩阵U的最优解作为电机控制系统的输入，实现电机的弱磁控制。2.根据权利要求1所述的基于线约束EMPC的电机弱磁控制方法，其特征在于，在步骤一中，建立电机的数学模型：其中，L
d
和L
q
分别为直轴和交轴同步电感，R
s
为电机的定子电阻，ω为转系电角速度，λ<...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏健勇，王涵，杨贵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。