一种开关磁阻轮毂电机预测控制方法.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CN109787531A(43)申请公布日2019.05.21(21)申请号201910135106.5(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.H02P25/098(2016.01)H02P6/10(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种开关磁阻轮毂电机预测控制方法(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和角度信号θk，由转速计算模块通过角度信号θk计算出k时刻转速ωk，将采集的k时刻的电流ik和角度信号θk输入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，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，通过该控制器可以得出MPC控制器模块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及准确性，避免了人为经验的误差及高工作量。CN109787531ACN109787531A权利要求书1/3页1.一种开关磁阻轮毂电机预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：采集复合对象k时刻的电流ik和角度信号θk，由转速计算模块通过角度信号θk计算出k时刻转速ωk，将采集的k时刻的电流ik和角度信号θk输入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，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，通过该控制器可以得出MPC控制器模块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、电流传感器和位置传感器组成；功率变换器连接开关磁阻电机SRM，电流传感器和位置传感器分别采集电机的电流和角度信号。3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻轮毂电机预测控制方法，其特征在于，MPC控制器中，通过输入复合对象的k时刻的电流ik和角度信号θk，计算k时刻的磁链值ψk，通过离散预测模型预测k+1时刻的磁链值ψk+1，进而计算出k+1时刻的电流值ik+1，通过成本函数计算最优占空比，实现电流的跟踪控制。4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻轮毂电机预测控制方法，其特征在于，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精确跟踪参考电流的具体过程为：1)建立开关磁阻电压平衡方程，为电流预测模型的建立奠定基础；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，得到开关磁阻电机电压动态平衡方程：v＝R·i+dψ/dt其中i和v为相电流和相电压，随时间变化，R为相电阻，可以视为定常数，由于开关磁阻电机固有的非线性特性，相电感L与转子位置θ和相电流i有关，ψ为连续时间下的磁链值，与电感和电流有关，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)建立预测模型，采集k时刻位置和电流值，即可预测k+1时刻的电流值；将开关磁阻电机电压动态方程进行离散化，假设相电感在一个采样周期内保持不变，采用欧拉离散公式可以得到电压方程的离散公式Ts为采样周期，Lk为k时刻的电感，Vdc为外接电源电压，uk为PWM波占空比，用于控制功率变换器中的开关器件，可以由k时刻的磁链ψk预测k+1时刻磁链为k+1时刻的预测电流；模型预测控制是采用最优的控制量来实现控制目标，采用线性二次型成本函数来寻找最优控制量其中Q和R分别为误差权重矩阵和控制权重矩阵，可视工况选择，为k时刻所预测的电流矩阵，Iref为给定的电流的参考值，设定目标值可以减小电流脉动，通过该成本函2CN109787531A权利要求书2/3页数可以计算出k时刻的最优控制量矩阵Uk，并选择矩阵首元素uk输入给功率变换器控制开关管的导通时间；3)建立RLS电感自适应模型，实现电感参数自适应调整，电感、电流和位置信号的关系用简化傅里叶展开式来表示：其中Nr是转子极数，Lmax和Lmin分别为定转子在ik电流下对其位置和不对齐位置的电感值，L0为Lmax和Lmin的和；L1为Lmax和Lmin的差；设置调节参数αk来自适应调节电感值；其中为调节后电感值，αk为调节参数，迭代方程可以表示为其中，λ是遗忘因子，用于调