1.一种比例积分扰动观测器的控制参数预测方法,其特征在于,包括:
构建含有永磁同步电机系统的电机电压方程;
根据电机电压方程,构建带有电机参数扰动项的超局部模型;
根据超局部模型,构建比例积分观测器模型;
根据比例积分观测器模型,将比例积分观测器的参数作为变量,构建控制参数预测模型,以预测当前时刻比例积分观测器模型的控制参数;
其中,超局部模型通过以下方式获取:
将电机电压方程转换为电机电流方程;
建立电机参数扰动项;
将电机参数扰动项带入电机电流方程,获取超局部模型;
比例积分观测器模型,通过以下方式获取:
假设在K‑1时刻,初始扰动变量为Fd0、Fq0,则在K时刻,实际扰动变量Fd、Fq为:其中, 式中, 分别为q轴、d轴电流的估计值,Δ(Δiq)、
Δ(Δid)分别为q轴、d轴的电流估计值与实际电流值差值的的未知函数;
选取d、q轴电流以及永磁同步电机的d轴、q轴上电阻和磁场产生的电压扰动作为变量,构建比例积分观测器模型,包括d轴比例积分观测器模型和q轴比例积分观测器模型;
d轴、q轴比例积分观测器模型分别为:
式中, 分别为d轴、q轴上电阻和磁场产生的电压扰动之和的估计值,
分别为d轴、q轴电流的估计值的导数,Kdp、Kqp分别为d轴、q轴比例积分观测器的比例增益,Kdi、Kqi分别为d轴、q轴比例积分观测器的积分增益,ξ(Δid)、ξ(Δiq)分别为约束Δ(Δid)、Δ(Δiq)的已知函数,sgn为符号函数,α1、α2分别为d轴、q轴电压系数,ud、uq分别为d轴、q轴电压;其中,|Δ(Δid)|≤ξ(Δid);|Δ(Δiq)|≤ξ(Δiq)。
2.根据权利要求1所述的比例积分扰动观测器的控制参数预测方法,其特征在于,构建控制参数预测模型,以预测当前时刻比例积分观测器模型的控制参数,包括以下步骤:将比例积分观测器模型离散化,并设定比例积分观测器模型的比例增益和积分增益;
并将设定的比例积分观测器模型的比例增益和积分增益带入比例积分观测器模型;根据平均值原理,化简比例积分观测器模型;
设定化简后的比例积分观测器模型的成本函数;并对化简后的比例积分观测器模型中的比例增益增量和积分增益增量求偏导并求解,获取比例增益增量和积分增益增量;
根据比例增益增量和积分增益增量,获取控制参数预测模型。
3.根据权利要求2所述的比例积分扰动观测器的控制参数预测方法,其特征在于,控制参数预测模型,通过以下公式获取:式中:
Kqp[k]为当前时刻q轴比例积分观测器的比例增益,Kqp[k‑1]为k‑1时刻q轴比例积分观测器的比例增益,ΔKqp[k]为当前时刻q轴比例积分观测器的比例增益增量,Kqi[k]为当前时刻q轴比例积分观测器的积分增益,Kqi[k‑1]为k‑1时刻q轴比例积分观测器的积分增益,ΔKqi[k]为当前时刻q轴比例积分观测器的积分增益增量;
Kdp[k]为当前时刻d轴比例积分观测器的比例增益,Kdp[k‑1]为k‑1时刻d轴比例积分观测器的比例增益,ΔKdp[k]为当前时刻d轴比例积分观测器的比例增益增量,Kdi[k]为当前时刻d轴比例积分观测器的积分增益,Kdi[k‑1]为k‑1时刻d轴比例积分观测器的积分增益,ΔKdi[k]为当前时刻d轴比例积分观测器的积分增益增量。
4.根据权利要求2所述的比例积分扰动观测器的控制参数预测方法,其特征在于,将当前时刻的比例积分观测器模型比例增益和积分增益代入比例积分观测器模型,观测输出下一时刻输出的估计电流和估计扰动,结合超局部模型,获取输入至比例积分扰动观测器的参考电压。
5.根据权利要求1所述的比例积分扰动观测器的控制参数预测方法,其特征在于,用于构建控制参数预测模型的比例积分观测器模型经过稳定性证明;其中,采样Lyapunov函数证明比例积分观测器模型的稳定性。
6.一种PMSM系统,其特征在于,包括比例积分扰动观测器(10)和无模型预测电流控制器(20),比例积分扰动观测器(10)执行权利要求1‑5任一所述的比例积分扰动观测器的控制参数预测方法;无模型预测电流控制器(20)的输出电压作为比例积分扰动观测器(10)的输入参考电压。
7.根据权利要求6所述的PMSM系统,其特征在于,PMSM系统还包括最大扭矩电流比表格模块(00)、IPark模块(30)、SVPWM模块(40)、Inverter模块(50)、Clarke模块(60)、Park模块(70);
其中,最大扭矩电流比表格模块(00)、无模型预测电流控制器(20)、IPark模块(30)、SVPWM模块(40)、Inverter模块(50)、Clarke模块(60)、Park模块(70)和比例积分扰动观测器(10)依次连接;无模型预测电流控制器(20)的输出端与比例积分扰动观测器(10)的输入端连接;IPark模块(30)和Park模块(70)连接;Inverter模块(50)与永磁同步电机连接;
以给定的扭矩目标需求值Te与当前电机转速ωe为输入,通过二维插值法从最大扭矩电流比表格模块(00)中,获取当前d轴与q轴的电流参考值idref、iqref,代入到无模型预测电流控制器(20)中,输出d轴与q轴电压参考值udref、uqref,通过IPark模块(30)进行反帕克变换得出的永磁同步电机的α轴与β轴的参考电压uα、uβ,通过SVPWM模块(40)进行空间脉宽矢量调制算法计算得出的三相占空比pwma、pwmb、pwmc,控制Inverter模块(50)中的三相全桥逆变电路输出电机三相电压U、V、W驱动永磁同步电机;
将电流传感器采集到的电机U、W两相反馈电流ia、ic,通过Clarke模块(60)进行克拉克变换计算得出的α轴与β轴的反馈电流iα、iβ,通过Park模块(70)进行帕克变换计算得出的d轴与q轴电流反馈值idfdb、iqfdb,并作为比例积分扰动观测器(10)的参考电流,以及,与d轴、q轴电压参考值udref、uqref作为比例积分扰动观测器(10)的输入,通过比例积分扰动观测器(10)计算得到d、q轴的电流估计值以及d、q轴上磁场产生的电压扰动的估计值作为无模型预测电流控制器(20)的输入。
8.根据权利要求7所述的PMSM系统,其特征在于,PMSM系统还包括角度检测模块(81)和转速计算模块(82);角度检测模块(81)与永磁同步电机连接,以及转速计算模块(82)与角度检测模块(81)连接后,输出端与最大扭矩电流比表格模块(00)的输入端连接;
角度检测模块(81)通过位置传感器检测计算得到的电机电角度θ,并作为IPark模块(30)与Park模块(70)变换的输入;以及将电机电角度θ作为转速计算模块(82)的输入,获取电机实时转速,并反馈给最大扭矩电流表格模块(00)。