【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁电机，尤其涉及一种永磁电机系统强抗扰预测控制方法。
技术介绍
1、与传统的模型预测控制相比，广义预测电流控制(gpcc)通过预先计算的输出变量表达式来调节控制动作，减小了在线计算的负担，可以解决长时间预测问题。此外，gpcc使用电压增量模型实现永磁同步电机(pmsm)电流控制，有效规避了参数失配或死区电压导致的偏置误差问题。
2、然而，电压增量模型由相邻周期的模型做差运算获得，其中的直流分量被抵消，而电流微分项的权重被放大，在该项系数即电感失配时，会严重影响控制系统的动态跟踪性能和稳态振荡幅度。
3、与此同时，增量模型能够替代初始模型的前提是假定了相邻周期的转速恒定。然而，位置编码器的准确性会受到安装位置、信号处理等因素的影响；并且在负载扰动较大时，由于测量转速的滤波带宽较低，不能体现实际转速存在的高频波动。如果在增量模型中使用固定的电感参数，实际模型的误差较大，且对于测量噪声以及负载扰动的抑制能力弱。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种永磁电机系统强抗扰预测控制方法，实现gpcc的无参数化控制，并且在不影响其动态跟踪性能的条件下，使其具有一定的抗扰动能力。
2、技术方案：一种永磁电机系统强抗扰预测控制方法，包括步骤如下：
3、s1，根据gpcc中的电压增量模型，采用可控变量替换电压增量模型中的固定参数，得到无参数化电压模型；然后通过设定的代价函数预先计算出关于输出变量δudq的表达式；>
4、s2，基于gpcc的无参数化调控以及模型自适应更新需求，以减少预测电流误差为目标进行可控变量更新；
5、s3，对可控变量的更新策略进行修正。
6、进一步，步骤s1中，采用可控变量替换电压增量模型中的固定参数，实现如下：
7、设内置式永磁同步电机为理想电机，基于前向欧拉法，得到其在dq坐标系下的离散电压模型：
8、
9、式中，下标d、q分别表示d轴、q轴参数；上标k表示对应参数的k采样时刻的值；r代表定子电阻；ld、lq、ud、uq、id和iq分别代表d轴电感、q轴电感、d轴定子电压、q轴定子电压、d轴电流、q轴电流；ψf代表永磁体磁链；ωe为电角速度；ts表示采样时间；
10、忽略相邻周期的转速变化，将上式与k-1时刻的方程做差，得pmsm离散的电压增量模型：
11、
12、式中，标有“δ”的变量表示其对应的增量；
13、将电流微分项的系数替换为可控变量，并将其余项舍弃，得到无参数化的电压增量模型：
14、
15、式中，αd、αq分别为d-q轴的可控变量；
16、根据gpcc的实现条件，将上述无参数模型改写成以下形式：
17、
18、式中，带有上标“^”的变量表示其预测值；加粗变量表示其二维向量形式，例如idqk＝[idk；iqk]；i为二阶单位矩阵；am、bm、cm和xm代表选取的对应矩阵；
19、然后，由迭代关系推导出此后n步的预测模型：
20、
21、结合多步预测电流y与指令电流y*的差值，并对电压增量δu加以约束，采用代价函数如下：
22、
23、式中，g为电压增量的权重系数，用于调节对电压变化的约束程度，对应的表达式为g＝diag[g1 g2…gn]t，gk＝i×g/g_stepn-1，n＝1，2，3，...，n，其中g的取值需要根据实际控制效果调节；g_step的取值应小于1，使得对电压增量的约束随着预测步数的增加而增强；
24、求解后，得到gpcc输出δu的表达式：
25、
26、其中，y、f、ω、δu代表选取的对应矩阵。
27、进一步，步骤s2中，实时更新可控变量为αd和αq，在不考虑测量噪声及非线性扰动的情况下，使用k时刻的预测电流误差等效k时刻的模型误差，将其完全补偿到k+1时刻预测电流方程中，得到αd和αq的预测值以及k+1时刻预测电流的表达式。
28、进一步，步骤s3中，结合smo的设计原则，对αd和αq的更新策略进行修正；将电流预测误差定义为滑模函数，并选用指数趋近率的方法，得到基于smo的αd预测值表达式：
29、
30、式中，带有上标“^”的变量表示其预测值；sk代表滑模函数；sgn代表符号函数；q和c分别为smo的指数增益和符号函数增益；
31、在smo输出限幅后，引入变权重滤波：
32、
33、
34、式中，带有上标“'”的变量表示其滤波值；|sk|代表sk的绝对值；β为滤波系数；
35、由此，修正后αd预测值以及k+1时刻预测电流的表达式如下：
36、
37、式中，sk代表滑模函数；sgn代表符号函数；q和c分别为smo的指数增益和符号函数增益。
38、本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：
39、1、本专利技术在传统gpcc的基础上，使用含有可控变量的无参数化模型替换传统的电压增量模型，由于提出的模型中仅含有电流微分项，有效避免了电压模型在dq轴之间的耦合关系，简化了系统的数学模型，同时对控制性能几乎没有影响；
40、2、在本专利技术所提出的无参数化模型中，由于每个方程中仅含有一个可控变量，并且无需获取其他参数信息，可以避免多变量预测的欠秩问题，同时降低了变量预测的复杂程度；
41、3、本专利技术的pf-gpcc策略通过smo实时更新可控变量，能够在不影响动态性能的情况下，显著提高了gpcc的参数鲁棒性和抗扰动能力。
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1.一种永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，步骤S1中，采用可控变量替换电压增量模型中的固定参数，实现如下：
3.根据权利要求2所述永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，步骤S2中，实时更新可控变量为αd和αq，在不考虑测量噪声及非线性扰动的情况下，使用k时刻的预测电流误差等效k时刻的模型误差，将其完全补偿到k+1时刻预测电流方程中，得到αd和αq的预测值以及k+1时刻预测电流的表达式。
4.根据权利要求3所述永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，步骤S3中，结合SMO的设计原则，对αd和αq的更新策略进行修正；将电流预测误差定义为滑模函数，并选用指数趋近率的方法，得到基于SMO的αd预测值表达式：
【技术特征摘要】
1.一种永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，步骤s1中，采用可控变量替换电压增量模型中的固定参数，实现如下：
3.根据权利要求2所述永磁电机系统强抗扰预测控制方法，其特征在于，步骤s2中，实时更新可控变量为αd和αq，在不考虑测量噪声及非线性扰动的情况下，使...
【专利技术属性】
技术研发人员：李烽，王凯，周志杰，郭玲玲，朱姝姝，陈万庆，刘闯，王海峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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