本发明专利技术公开了一种永磁同步电机MTPA预测控制方法，包括：建立永磁同步电机的基于MTPA的电流预测的多项目价值函数；将当前时刻的采样的永磁同步电机电流与电压值带入价值函数求解得到当前时刻满足电机最优控制的变量，并根据该最优控制的变量中的电流值计算出下一时刻即k时刻的电流值；将电机转速参考值和得到电流值输入PI调节器后获得该时刻的电磁转矩参考值；将获得的电磁转矩参考值、预测到的下一时刻的d轴预测电流作为MTPA模块的输入，MTPA模块输出其工作时的q轴电流以及d轴电流。本发明专利技术在电流预测控制的基础上，通过上一个周期预测的当前周期的d轴电流近似获取MTPA工作点电流，有效简化公式法中电流计算方法。有效简化公式法中电流计算方法。有效简化公式法中电流计算方法。
【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机MTPA预测控制方法
[0001]本专利技术涉及交流伺服控制
，具体涉及一种永磁同步电机MTPA预测控制方法。
技术介绍
[0002]永磁同步电机因其结构简单、功率密度高、重量轻、低损耗和效率高等性能，在汽车工业等多个领域得到广泛的应用。随着控制理论和计算机技术的发展，越来越多先进的控制方法被应用到永磁同步电机的控制中，常用的如改进PI控制、滑模控制、MTPA控制、预测控制等。
[0003]最大转矩电流比MTPA(Maximum Torque per Ampere)控制是一种提升电机运行效率的控制方法，它使得电流一定的情况下输出最大电磁转矩。MTPA控制主要分为三类：查表法，信号注入法和公式法。公式法是MTPA控制中常用的一种方法，公式法MTPA通过建立电磁转矩和定子电流约束条件，并通过极值求解得到电磁转矩与交轴、直轴电流之间的关系，进而得到直轴和交轴电流给定值。现有的公式法如附图2所示中，不仅包括原有公式法MTPA、还包括超前角公式法MTPA；MTPA法直观易懂，但其中通过转矩获得电流的公式中含有高次多项式、反三角函数等运算，计算复杂且量大。
[0004]模型预测控制MPC(Model Predictive Control)是在建立在系统数学模型基础上，实现在当前时刻预测下一时刻的状态。而永磁同步电机连续电流预测控制是将参考电流与运行电流之间的误差进行约束求解，然后将下一个控制周期的最优控制电压用于电机控制,动态性能好。因此需要更好的方法来解决如何在永磁同步电机电流预测控制的基础上研究一种计算更为简单的MTPA控制方法。
技术实现思路
[0005]1.所要解决的技术问题：
[0006]针对上述技术问题，本专利技术提供一种永磁同步电机MTPA预测控制方法，本方法能够简化MTPA工作点求解方法，同时在电流控制中引入基于MTPA的预测控制方案，确保电流轨迹能够按照最大转矩电流比曲线运行，提升电机运行效率。
[0007]2.技术方案：
[0008]一种永磁同步电机MTPA预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0009]步骤一：在d
‑
q旋转坐标系下建立永磁同步电机的基于MTPA的电流预测的多项目价值函数；所述多项目价值函数包括电流误差优化、最大转矩电流比优化以及电压误差优化；
[0010]步骤二：通过价值函数求出当前k时刻电机控制最优电压，并根据该最优控制电压和永磁同步电机得电流预测模型预测下一个k+1时刻的d轴电流值；
[0011]步骤三：将电机转速参考值和电机当前运行转速值输入PI调节器后获得该时刻的电磁转矩参考值T
e*
(k)；
[0012]步骤四：将步骤三获得的电磁转矩参考值、根据在k
‑
1时刻预测到的k时刻的d轴预测电流作为MTPA模块的输入，MTPA模块输出其工作时的q轴电流以及d轴电流。
[0013]进一步地，所述步骤一具体包括：
[0014]S11：永磁同步电机电流方程为：
[0015][0016][0017]公式(1)中i
d
为d轴电流，
iq
为q轴电流；R
s
为电阻；L
d
为d轴磁导、Lq为q轴磁导；P为电机极对数；u
d
为d轴电压，u
q
为q轴电压；ω
m
为机械转速；φ
f
为磁链；
[0018]S12：将永磁同步电机电流方程离散化；得到永磁同步电机的电流离散模型如下式(2)：
[0019][0020][0021](2)式中，T为采样周期，k表示k个采样时刻；
[0022]S13：将公式(2)改写为状态空间模型得到如下式(3)的状态空间方程：
[0023]x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)
[0024]y(k)＝Cx(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0025](3)式中，
[0026][0027][0028]S14：永磁同步电机采用MTPA模式运行时轨迹为MTPA控制曲线，即d、q轴电流满足
公式：基于该MTPA控制曲线的原理建立如下式(4)的基于MTPA电流预测的多项目价值函数；其中多项目价值优化包括d、q轴电流误差优化，d、q轴电压误差优化以及MTPA曲线误差优化；所述d、q轴电流误差为经过MTPA模块得到的电机d、q轴参考电流与电机当前运行d、q轴电流误差，通过该项控制电机电流能够跟踪MTPA控制工作点的参考电流运行；所述d、q轴电压误差为永磁同步电机控制电压增量误差达到最小；所述MTPA曲线误差为保证电流控制按照预设的MTPA曲线运行；
[0029][0030](4)式中，kid为当前d轴电流与d轴参考电流之间的误差权重；kiq为q轴电流与q轴参考电流之间的误差权重；kmtpa为当电机采用MTPA运行时d、q轴电流关系误差的权重；kud和kuq分别为d、q轴电压在k时刻增量的权重。
[0031]进一步地，步骤二中通过对价值函数分别进行对
△
u
d
和
△
u
q
求偏导数，即：
[0032][0033][0034]从而得到当前k时刻的最优控制电压增量
△
u
d
和
△
u
q
；然后根据公式(5)获得k时刻最优电压，并将求得的该电压用于永磁同步电机控制；
[0035]u
d
(k)＝u
d
(k
‑
1)+
△
u
d
(k)
[0036]u
q
(k)＝u
q
(k
‑
1)+
△
u
q
(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)；
[0037]将上式中获取的d、q轴电压带入公式(6)，得到k+1时刻的d轴电流i
dmiddle
(k+1)，作为MTPA工作点求解的中间变量：
[0038][0039]进一步地，步骤三具体为：
[0040]永磁同步电机速度公式如下：
[0041][0042]利用上式公式，将电机速度参考值和当前时刻电机的速度反馈值输入PI调节器并得到电机的电磁转矩参考值T
e*
(k)。
[0043]进一步地，将步骤三获得的电磁转矩参考值T
e*
(k)、步骤一中的d轴预测电流i
dpre
(k+1)作为MTPA算法模块的输入求解电机MTPA控制时的工作点，具体如下：
[0044]S41:永磁同步电机电磁转矩方程如(8)所示，
[0045][0046]将电磁转矩T
e*
(k)、预测电流i
dmiddle
(k)代入公式(8)，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机MTPA预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在d
‑
q旋转坐标系下建立永磁同步电机的基于MTPA的电流预测的多项目价值函数；所述多项目价值函数包括电流误差优化、最大转矩电流比优化以及电压误差优化；步骤二：通过价值函数求出当前k时刻电机控制最优电压，并根据该最优控制电压和永磁同步电机得电流预测模型预测下一个k+1时刻的d轴电流值；步骤三：将电机转速参考值和电机当前运行转速值输入PI调节器后获得该时刻的电磁转矩参考值T
e*
(k)；步骤四：将步骤三获得的电磁转矩参考值、根据在k
‑
1时刻预测到的k时刻的d轴预测电流作为MTPA模块的输入，MTPA模块输出其工作时的q轴电流以及d轴电流。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机MTPA预测控制方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：S11：永磁同步电机电流方程为：S11：永磁同步电机电流方程为：公式(1)中i
d
为d轴电流，i
q
为q轴电流；R
s
为电阻；L
d
为d轴磁导、Lq为q轴磁导；P为电机极对数；u
d
为d轴电压，u
q
为
q
轴电压；ω
m
为机械转速；f
f
为磁链；S12：将永磁同步电机电流方程离散化；得到永磁同步电机的电流离散模型如下式(2)：(2)式中，T为采样周期，k表示k个采样时刻；S13：将公式(2)改写为状态空间模型得到如下式(3)的状态空间方程：(3)式中，(3)式中，
S14：永磁同步电机采用MTPA模式运行时轨迹为MTPA控制曲线，即d、q轴电流满足公式：基于该MTPA控制曲线的原理建立如下式(4)的基于MTPA电流预测的多项目价值函数；其中多项目价值优化包括d、q轴电流误差优化，d、q轴电压误差优化以及MTPA曲线误差优化；所述d、q轴电流误差为经过MTPA模块得到的电机d、q轴参考电流与电机当前运行d、q轴电流误差，通过该项控制电机电流能够跟...
【专利技术属性】
技术研发人员：高丽华，王琰，马凯，朱丽琴，
申请(专利权)人：南京科技职业学院，
类型：发明
国别省市：
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