【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制控制算法设计，具体涉及一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法。
技术介绍
1、永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，pmsm)以其体积小、效率高、低电气损耗和低故障率等优点而广泛应用于各种工业场合。但是，pmsm的高精度控制仍然具有挑战性，这是因为它是一个具有多个变量相互耦合的非线性系统，特别是当其受到内部参数摄动和外部负载转矩的影响时，一般的线性控制方法例如线性pid控制可能无法实现预期的控制效果，甚至会无法保证闭环系统的稳定性。
2、为提高pmsm系统的控制精度，许多先进控制方法被先后提出，例如自适应控制、滑模控制、内模控制、模糊逻辑控制、模型预测控制(model predictive control，mpc)等。其中，mpc因其实现简单、易于处理非线性和多变量约束问题而被认为是交流传动系统最有前途的控制方法之一。根据控制作用的实现方式不同，应用于pmsm的mpc可以被分为两类：有限控制集mpc(finite control set mpc，fcs-mpc)和连续控制集mpc(continuous controlset mpc，ccs-mpc)。其中，fcs-mpc利用电机和逆变器的离散模型预测未来的动态，通过最小化代价函数，从有限的开关状态集合中选取最优的开关状态并直接作用于逆变器。fcs-mpc以快速的动态响应性能而著称，然而随着预测时域的增加，该方法的在线计算量亦呈指数级增长，这为实时控制带来不便。此外，由于fcs-mpc系统中不含调
3、无差拍预测控制(deadbeat predictive control，dpc)是ccs-mpc中的一种，它的设计不会涉及代价函数，无需调节权重因子，并且电流谐波较小，响应速度快，被认为是一种实用的交流传动系统控制技术。与其他mpc方法一样，dpc是一种基于模型的控制技术，其在应用于pmsm系统时，控制精度容易受电机的参数摄动和外部负载的影响。此外，现有包括dpc在内应用于pmsm的mpc策略大多是建立在经典的磁场导向控制(field-orientedcontrol，foc)框架内的。在foc框架中，通常使用双环串级控制结构，其中，转速和电流都被作为一阶子系统由各自的控制器进行调节。这种双环控制结构为控制器设计带来了便利性，但是，为了保证闭环的稳定性，内外环通常使用不同的控制周期。具体来说，内环(电流环)的控制周期需要远小于外环(速度环)的控制周期，这可能会阻碍pmsm系统的动态响应性能的进一步提升。此外，为内外环设计不同的控制器，通常意味着有更多的参数需要整定，这对工程应用并不友好。
技术实现思路
1、本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，将永磁同步电机系统中传统的转速-电流双环串级控制结构简化为单环控制结构，闭环系统采用同一控制周期，并且仅观测器带宽这一参数需要整定，非常便于工程应用；通过建立基于离散时间扰动观测器的不确定性估计与补偿机制，闭环控制系统对于内部参数摄动和外部负载扰动均具有强鲁棒性。
2、为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、本专利技术基于无差拍预测控制思想，提出一种应用于pmsm的单环无差拍预测抗干扰控制(single-loop deadbeat predictive disturbance rejection control，sdpdrc)方法，为提高系统的鲁棒性，一组离散时间扰动观测器(discrete-time disturbanceobserver，ddob)被设计用于在线修正预测模型。
4、一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，所述方法包括：
5、s1：在dq同步旋转坐标系下，建立表贴式永磁同步电机的广义受扰数学模型，考虑电机系统中参数的不确定性，通过状态空间模型描述系统的动态行为，并引入未知总扰动；
6、s2：设计离散时间扰动观测器在线估计总扰动，通过假设扰动的变化量有界，观测器准确估计各个通道中的总扰动，观测器增益根据系统带宽参数来调节；
7、s3：基于估计的总扰动、参考转速以及d轴参考电流，构建参考系统和状态跟踪误差系统模型；
8、s4：利用所述参考系统模型求取d、q轴参考控制输入电压；
9、s5：针对所述状态跟踪误差系统模型，根据无差拍预测控制原理，求取d、q轴误差控制输入电压；
10、s6：将步骤s4得到的参考控制输入电压和s5得到的误差控制输入电压相加，得到当前控制周期电机驱动所需控制输入电压。
11、进一步，所述步骤s1包括：
12、s101：在dq同步旋转坐标系下，表贴式pmsm的数学模型为：
13、
14、式中，r和l分别为定子电阻和电感，p为电机极对数，j为转子的转动惯量，bv为粘滞阻尼系数，ψ为转子永磁体的磁链，id和iq分别为d、q轴电流，ud和uq分别为d、q轴电压，ω、ωe＝pω分别为转子的机械角速度和电角速度，tl为负载转矩；
15、s102：进一步考虑pmsm系统中存在如下参数不确定性：
16、
17、式中，对于*＝r,l,ψ,j，“*0”表示参数“*”的已知标称值，“δ*”表示参数“*”的未知摄动量；
18、s103：基于子步骤s101和s102，pmsm的广义受扰状态空间模型被建立为：
19、
20、式中，状态变量
21、控制输入
22、已知非线性耦合向量：
23、
24、可测量输出
25、总扰动向量其中dd(t)、dq(t)、dω(t)表示各个子系统中的未知“总扰动”，表达式分别为：
26、
27、系数矩阵：
28、
29、其中，i3表示3×3阶单位矩阵；
30、s104：以tc为控制周期，采用前向欧拉法对步骤s103中的pmsm广义受扰状态空间模型离散化，得到离散被控模型：
31、
32、进一步，所述步骤s2包括：
33、s201：确定扰动以及的变化量均有界，即存在正的常数μi(i＝d,q,ω)以及μω2使得：
34、
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1.一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤S3中参考系统和状态跟踪误差系统模型的构建，包括：
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当前控制周期的d、q轴参考控制输入电压为：
6.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，在所述步骤S5中，当前控制周期的d、q轴误差控制输入电压设计如下：
7.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，当前控制周期电机驱动所需控制输入电压为：
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机单环无差拍预测抗干扰控制方法，其特征在于，所述步骤s3中参考系统和状态跟踪误差系统模型的构建，包括：
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