技术摘要：
本发明公开了一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法，针对永磁同步电机进行无差拍预测电流控制时易受数字系统延时以及电感参数不匹配等影响的缺陷，主要是通过对负载转矩进行观测并依据预设的动态比例系数表达式获得动态比例系数，将本周期的定子电流采样值、下一周  全部
背景技术：
永磁同步电机具有效率高、功率密度大、可靠性高以及结构简单、体积小等优点， 并且随着近年来永磁材料性能的不断提高，其被广泛应用于机械加工、航空航天、轨道交通 等高性能伺服工业领域。在现有的永磁同步电机控制技术中，我们通常对其采用矢量控制， 具体包括转速外环和电流环的双闭环控制，其中电流环的设计决定了永磁同步电机控制系 统的动态响应速度和稳态精度，一般电流环采用PI控制方案。然而，永磁同步电机是一个多 变量、高耦合、非线性的高阶系统，传统PI控制技术响应速度慢，超调大，控制性能不佳，无 法实现对电机的高精度、高响应控制。无差拍预测电流控制算法建立在电机离散数学模型 的基础上，具有优良的动态性能和稳态特性，很大程度上改善了PI控制动态响应较慢等缺 点，所以目前无差拍预测电流控制技术已经得到了较为广泛的应用。 然而，在实际的控制系统中，由于电流采样、脉宽调制占空比更新等延时环节的存 在，传统无差拍预测电流控制技术中的控制输出和检测输入之间常常存在至少一个控制周 期的延时，导致电机电流控制的滞后，从而引起电流响应产生较大误差甚至是振荡问题。二 步预测电流控制算法虽然解决了实际系统延时带来的电流误差和振荡问题，但是减小了电 流控制系统带宽，使得控制电流瞬态响应性能降低。除了上述问题，由于无差拍预测电流控 制技术对电机模型准确度的依赖性较高，控制器的输出与电机模型参数之间存在着密切的 联系；因此传统的无差拍预测电流控制需要高精度的模型参数，尤其是电机电感参数；当系 统电感存在50％以上的误差时，电流环控制器开始发散，甚至出现振荡现象，进而影响控制 系统的性能。
技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有方法的不足，提出一种基于动态比例系数的永磁同步 电机无差拍预测电流控制方法，在保持控制系统动态响应速度的前提下，解决控制系统中 受数字系统延时以及电感参数扰动影响的难题，增强系统瞬态响应性能，提高系统鲁棒性。 本发明提出的一种基于动态比例系数的永磁同步电机无差拍预测电流控制方法， 包括以下步骤： 步骤一，以采样控制周期T对永磁同步电机的信号进行采样，并设当前周期为kT周 期，上一周期即为(k-1)T周期，下一周期即为(k 1)T周期；读入利用位置传感器检测和解算 得到的kT周期电机永磁转子的电角度θ(k)、电角速度ωe(k)以及机械角速度ωm(k)，读入利 用无接触式霍尔电流传感器采集的kT周期永磁同步电机A、B和C相三相定子电流信号iA (k)、iB(k)和iC(k)； 步骤二，根据步骤一中读入的永磁同步电机三相定子电流信号iA(k)、iB(k)和iC 4 CN 111555680 A 说　明　书 2/10 页 (k)通过Clark变换得到二相静止αβ坐标系下的kT周期等效定子α轴电流iα(k)和β轴电流iβ (k)，并将α轴电流iα(k)和β轴电流iβ(k)通过Park正变换得到同步旋转dq坐标系下的kT周期 等效定子直轴电流id(k)和交轴电流iq(k)； 步骤三，根据步骤一中读入的电机机械角速度ωm(k)，通过计算得到电机转速n (k)，将电机转速n(k)与电机转速指令n*(k)作差，差值输入到速度控制器，经速度控制器调 节后输出(k 1)T周期的交轴电流指令 步骤四，将步骤三中得到的交轴电流指令 以及步骤一中读入的电机机械角 速度ωm(k)输入到负载转矩观测器中，得到kT周期负载转矩的观测值 依据负载转矩 观测值 通过式(1)所示的动态比例系数表达式计算出稳定动态比例系数值γ(k)和鲁 棒动态比例系数值ρ(k)， 式(1)中， 为kT周期负载转矩的观测值， 为(k-1)T周期负载转矩的观 测值，o1和o2为由永磁同步电机的具体参数得出的优化常数，o1的一般取值为0 .001～ 0.0001，o2的一般取值为0.95～1； 步骤五，根据步骤一中读入的电机电角速度ωe(k)、步骤二中得到的同步旋转dq 坐标系下的kT周期等效定子直轴电流id(k)和交轴电流iq(k)，以及本发明提出的新型无差 拍预测电流控制器输出的kT周期的直轴电压指令 和交轴电压指令 依据式(2)所 示的离散化的电流方程式得到(k 1)T周期直轴估计电流idη(k 1)和交轴估计电流iqη(k 1)， iη(k 1)＝Hi(k) Mu*(k) λ(k)               (2) 式(2)中， 其中，T为采样周期，R0为永磁同步电机相绕 组电阻，L0为永磁同步电机相绕组同步电感，ψf为永磁同步电机磁链值； 步骤六，根据永磁同步电机采取控制策略给出的(k 1)T周期直轴电流指令 将该直轴电流指令 步骤二中得到的同步旋转dq坐标系下的kT周期等效定 子直轴电流id(k)和交轴电流iq(k)、步骤三中得到的(k 1)T周期的交轴电流指令 以及步骤五中得到的(k 1)T周期直轴估计电流idη(k 1)和交轴估计电流iqη(k 1)通过步骤 四中得到的稳定动态比例系数值γ(k)和鲁棒动态比例系数值ρ(k)进行结合，通过式(3)所 示的方程式得到新的直轴反馈电流idz(k 1)和交轴反馈电流iqz(k 1)， 5 CN 111555680 A 说　明　书 3/10 页 式(3)中， μ(k)和ν(k)分别为 利用稳定动态比例系数值γ(k)和鲁棒动态比例系数值ρ(k)重排而生成的鲁棒估计动态比 例系数值和鲁棒指令动态比例系数值； 步骤七，将根据永磁同步电机采取控制策略给出的(k 1)T周期直轴电流指令 步骤三中得到的(k 1)T周期的交轴电流指令 步骤六中得到的新的直轴反 馈电流idz(k 1)和交轴反馈电流iqz(k 1)、以及步骤一中读入的电角速度ωe(k)同时输入到 预测电流控制器中，预测电流控制器输出(k 1)T周期的直轴电压指令 和交轴电压 指令 所使用的获得(k 1)T周期的直轴电压指令 和交轴电压指令 的方程式为 u*(k 1)＝M-1(i*(k 1)-Hiz(k 1)-λ(k 1))         (4) 式(4)中， M-1是M逆矩阵， ωe(k 1)为(k 1)T周期永磁同步电机电角速 度，令ωe(k 1)≈ωe(k)； 步骤八，根据步骤七中预测电流控制器输出的(k 1)T周期直轴电压指令 和交轴电压指令 通过Park反变换，得到二相静止αβ坐标系下(k 1)T周期的α轴电 压指令 和β轴电压指令 步骤九，根据步骤八中得到的二相静止αβ坐标系下的α轴电压指令 和β轴 电压指令 完成SVPWM脉冲宽度计算，并将所得调制信号保存至寄存器，为下一周期 输出SVPWM脉冲波形做好准备。 与现有的技术相比，本发明的有益效果是： (1)本发明使用一种负载转矩观测器来实时观测负载转矩的变化，根据观测的负 载转矩值以及动态比例系数表达式针对预测电流控制器中的反馈电流设计出具有动态调 节能力的比例系数。 (2)本发明在考虑数字系统延时的情况下采用一种动态比例系数，将永磁同步电 机的采样电流与估计电流相结合并反馈给无差拍预测电流控制器，使电流环既可以拥有较 高的动态响应能力，同时也解决了由数字控制的一拍延时而引起的振荡问题，提高了电流 环的动稳态性能。 (3)本发明在考虑模型电感参数失配的情况下采用一种动态比例系数，将永磁同 步电机的指令电流与估计电流相结合并反馈给无差拍预测电流控制器，使电流环在电感参 数失配情况下仍可高性能运行，具有较强的抗扰动能力，提高了系统鲁棒性。 (4)本发明从离散化的电流递推公式出发，设计出一种基于动态比例系数的无差 拍预测电流控制算法，此算法具有无需单独设计电流观测器补偿数字系统延时以及电感参 数失配问题、不需额外的硬件设备、减少了芯片运算量等的优点。 6 CN 111555680 A 说　明　书 4/10 页 附图说明 图1是基于动态比例系数的永磁同步电机无差拍预测电流控制方法的控制系统框 图； 图2是基于内模控制的负载转矩观测器的负载转矩观测值求取流程图； 图3是由负载转矩观测值求取本发明中定义的动态比例系数的流程图； 图4是本发明中涉及到的无差拍预测电流控制器的流程图； 图5是在传统的离散系统下的预测电流控制时序图； 图6是本发明中涉及到的无差拍预测电流控制器的控制结构图。