一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109921707A(43)申请公布日2019.06.21(21)申请号201910135107.X(22)申请日2019.02.21(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人陈龙王浩祥孙晓东(51)Int.Cl.H02P21/05(2006.01)H02P21/22(2016.01)H02P21/00(2016.01)H02P25/098(2016.01)H02P25/089(2016.01)权利要求书5页说明书10页附图3页(54)发明名称一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法(57)摘要本发明公开了一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法，属于电机控制技术领域。先采集复合对象k时刻的电流ik和电压信号Vk，并输入位置观测器，位置观测器估计出位置信号θk与转速信号ωk，将θk和ik输入给MPC控制器，MPC控制器根据给定参考电流值iref，通过计算，令所预测的下一时刻电流值ik+1精确跟踪参考电流，输出量为占空比uk，用于调节复合对象中功率变化器开关管的导通时间，采用无需辨识系统参数的迭代学习控制器，将采集的速度信号ωk输入迭代学习控制器，并给定参考转速ωref，通过该控制器得出MPC控制器需要的给定参考电流iref。本发明减小了转矩脉动，提高了系统的鲁棒性，准确性及可靠性，实现高效率和高准确性的参数选取。CN109921707ACN109921707A权利要求书1/5页1.一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集复合对象k时刻的电流ik和电压信号Vk，并输入给位置观测器，通过位置观测器估计出位置信号θk与转速信号ωk，将估计的位置信号θk和检测的电流信号ik输入给MPC控制器，MPC控制器将根据给定参考电流值iref，通过成本函数的计算，使得所预测的下一时刻的电流值ik+1精确跟踪参考电流，输出量为占空比uk，用于调节复合对象中功率变化器开关管的导通时间，采用无需辨识系统参数的迭代学习控制器，将采集的速度信号ωk输入迭代学习控制器，并给定参考转速ωref，通过迭代学习控制器得出MPC控制器需要的给定参考电流iref。2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法，其特征在于，复合对象由功率变换器、开关磁阻电机SRM、电流传感器和电压传感器组成；复合对象模块的输入为MPC控制器输出的占空比信号uk，通过占空比信号控制复合对象中功率变化器开关管的导通时间；复合对象模块的输出为k时刻的电流ik和电压信号Vk，由电流传感器和电压传感器采集。3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法，其特征在于，位置观测器中，电流ik和电压信号Vk作为观测器的输入，经过磁链估计模块计算磁链值电流ik和磁链模型的估计电流作差，差值Δi为滑模观测器的输入，滑模观测器输出估计位置信号和估计转速信号将其作为k时刻的位置θk和转速ωk。4.根据权利要求3所述的一种开关磁阻轮毂电机无位置预测控制方法，其特征在于，位置观测器的具体构造过程为：1)建立开关磁阻电机电压平衡与机械平衡方程，为位置观测奠定基础，为减小电流模型预测控制器的计算负担，忽略涡流、相邻相之间的互感，可以得到：其中，ψ为相磁链，i为相电流，R为电机相电阻，V为相电压，θ为转子位置角，ω为电机转速，D电机摩擦系数，J电机转动惯量，Te电磁转矩，TL为电机负载转矩，N为电机相数，Tj为第j相输出转矩，ij为第j相相电流；其中，磁链与位置信号、电流信号的关系可以通过有限元仿真软件得出，因此得到电流及转子位置即可查出对应的磁链值；2)构造全阶滑模观测器，进行需求参数的观测，选用磁链ψ、转速ω和位置角θ作为系统的状态量，输入电压V和电流i作为系统的输入变量，引出估计电流和实测电流偏差反馈量构造三相全阶滑模观测器：式中，为磁链估计值，为转子位置估计值，电机转速估计值，sgn为符号函数，kψ、2CN109921707A权利要求书2/5页kθ、kω分别为其对应的状态回馈系数，定义状态变量的估计误差：实际应用中，由于很难准确的估计顺势转矩，当取摩擦力项和电磁转矩估计值可以作为扰动项忽略，由于开关磁阻电机磁链和电流都是周期性变化的，因此可以减小磁链估算中积分误差的累加，可认为估计值和实际值误差很小，即由于观测器不能直接获得转子位置和速度的变化量，因此设ef为观测器电流估计值和实际电流值的误差修正函数，由其引导进入滑模面，定义为：F′j(θ)＝dFj(θ)/dθ其中，Nr为转子极数，用ef修正函数来确保微分方程收敛性，Fj(θ)为修正系数，进行观测器降阶处理，可以得到：因此当ef收敛到滑模面时，可以得到转子位置和转速的估计值，其作为M