【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能感应电机控制，具体涉及感应电机无传感器模型预测转矩控制方法。
技术介绍
1、感应电机是一种结构简单的电机类型。由于其成本低廉、维护方便、可靠性高等优点，感应电机被广泛应用于工业和商业领域提供稳定的动力来源。随着科技的进步，对电机性能的需求不断提高，高性能交流调速控制技术也在逐渐发展，为感应电机的应用领域拓展提供了更多可能性。
2、近年来，模型预测控制作为一种先进的控制策略，在电机控制领域得到了广泛的关注。通过在感应电机上应用模型预测控制，可以实现更高水平的动态性能、精确度和稳定性，从而满足不断提高的工业需求。
3、在交流电机调速系统中，需要传感器得出电机的速度对系统进行负反馈调节，但是传感器会带来一系列问题，例如传感器故障可能会导致系统性能下降甚至系统崩溃，传感器安装也需要一定的成本，一些特殊的场景可能不太适合安装传感器。因此，无传感器控制技术成为一大研究热点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，用于解决感应电机无传感器模型预测转矩控制中技术问题，提高感应电机的转速动态响应、负载响应和跟踪性能。
2、本专利技术所采用的技术方案是，感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1、基于两相静止坐标系对感应电机的数学模型进行建模，得到感应电机数学模型；
4、步骤2、构建全阶观测器，通过全阶观测器得到转速的估计值和磁链的估计值；
6、步骤4、建立预测模型，感应电机转速估计值和磁链估计值作为预测模型的输入，得到定子磁链预测值和电磁转矩预测值；
7、步骤5、构造降阶负载转矩观测器，补偿到pi控制器输出的参考转矩信号给定值，对控制系统速度外环进行前馈补偿，提升系统的动态响应。
8、本专利技术的特点还在于，
9、步骤1具体按照以下步骤实施：
10、两相静止坐标系下，感应电机的数学模型为：
11、
12、其中，rs为定子电阻，σ为漏磁系数，ls为定子电感，tr为转子时间常数，lm为互感，lr为转子电感，ωr为电转子转速，is为定子电流，ψr为转子磁链矢量，usα为α轴下定子电压分量，usβ为β轴下定子电压分量。
13、步骤2具体按照以下步骤实施：
14、步骤2.1、参照感应电机数学模型设计状态观测器作为可调模型；
15、步骤2.2、确认被控对象可观，根据被控对象的输入和输出量重构观测器的状态方程；
16、步骤2.3、根据模型参考自适应的思想，以感应电机本身作为参考模型，以构建的全阶观测器作为可调模型，由于两者的初始状态总存在一定差异，会存在状态的误差，同时也会导致输出的误差，引入反馈设计的思想，利用输出误差作为负反馈补偿至状态向量的微分方程中，使得输出误差快速逼近于零，导致输入误差也逼近于零；
17、步骤2.4、依据感应电机的数学模型和全阶自适应观测器的设计原理可得：
18、
19、式中：
20、g为反馈增益矩阵
21、步骤2.5、根据极点配置的要求设计反馈增益矩阵。假定全阶自适应观测器的极点为感应电机的极点的k倍，结合两者的特征方程得到反馈矩阵。但是这种配置方法比较复杂，根据得到的反馈矩阵绘制极点图发现，观测器的极点分布在电机极点的左侧，随着转速的增加极点逐渐远离实轴和虚轴，这样会导致系统不稳定。为了保证全阶观测器的稳定性，利用劳斯-赫尔维兹稳定性判据，
22、得到保证全阶观测器稳定性的充分必要条件：
23、
24、条件中有三个方程及四个未知数，因此解的形式不唯一，假设g4＝0，得到一种能保证全阶观测器稳定性的反馈矩阵选取范围：
25、
26、从公式中看出g1≥0，g3≥0恒成立，引入调节系数a和b，使
27、a≥0,b≥0
28、得出新的反馈矩阵为：
29、
30、步骤2.6、根据李雅普诺夫稳定性定理可以推导出转速自适应律的具体方程，由此实现转速的准确估计，转速自适应律即可化简为：
31、
32、步骤3具体按照以下步骤实施：
33、步骤3.1、若将定子电阻作为时变参数，对感应电机和全阶自适应观测器的状态方程作差得到状态误差方程，如下所示：
34、
35、
36、步骤3.2、通过定义李雅普诺夫函数，由李雅普诺夫稳定定律得出定子电阻自适应率，为了提高定子电阻的估计速度，通常采用pi调节器方便快速实现调节，得到最终的定子电阻自适应率为：
37、
38、步骤4具体按照以下步骤实施：
39、步骤4.1、根据感应电机两相静止坐标系下的数学模型，由全阶观测器估计定子磁链和速度；
40、步骤4.2、基于前向欧拉离散化公式得到k+1时刻的定子磁链预测值和定子电流预测值：
41、
42、式中ts为系统采样周期，ψs(k+1)为k+1时刻预测的定子磁链分量，is(k)和为k时刻定子电流矢量分量，us(k)为k时刻的定子电压矢量分量；
43、步骤4.3、在感应电机模型预测控制系统中，通常需要估计的定子磁链在此基础上实现预测控制，定子磁链与转子磁链的转化关系为：
44、
45、步骤4.4、在感应电机数学模型中选择状态变量is和ψs，并且认为电机转速在很短时间内为恒定值，那么定子电流微分方程在经过前向欧拉离散化后得到k+1定子电流预测值，可表示为：
46、
47、式中：
48、步骤4.4、根据k+1时刻的定子磁链预测值和k+1时刻的定子电流预测值，得到k+1时刻的电磁转矩预测值，k+1时刻的电磁转矩预测值为：
49、
50、其中，p为电机极对数，为复数中的虚数部位，为k+1时刻的定子磁链预测值，为k+1时刻的定子电流预测值。
51、步骤4.5、构造的感应电机无传感器模型预测转矩控制的代价函数为
52、
53、其中，表示参考转矩，为给定的定子磁链幅值，λ1与电磁转矩相关，λ2为磁链项的权重系数，为k+1时刻的电磁转矩预测值，为k+1时刻的定子磁链预测值的绝对值
54、λ1与电磁转矩相关，被定义为：
55、
56、磁链项的权重系数为λ2，由下式表示：
57、
58、步骤5具体按照以下步骤实施：
59、步骤5.1、控制周期ts较小，通常认为在一个控制周期内负载转矩无变化，tl的导数为0,感应电机的运动方程为：
60、
61、步骤5.2、当状态观测器估计状态向量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求3所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求4所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：
6.根据权利要求5所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤5具体按照以下步骤实施：
【技术特征摘要】
1.感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的感应电机无传感器模型预测转矩控制方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张延庆，马宝佳，尹忠刚，骆鹏，胡智勇，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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