本發(fā)明涉及電機控制，尤其涉及一種永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機控制系統(tǒng)分別由位置、速度和轉(zhuǎn)矩三個控制環(huán)路自外向內(nèi)級聯(lián)組成。其中，對電機位置、速度和加速度的控制，本質(zhì)上都是對電磁轉(zhuǎn)矩進行控制，而電磁轉(zhuǎn)矩的高性能控制通常通過電流的控制實現(xiàn)。為了適應復雜多變的工業(yè)環(huán)境，永磁同步電機的工業(yè)應用在高控制精度、高動態(tài)響應和低轉(zhuǎn)矩脈動的基礎上還對電流環(huán)提出強魯棒性的性能要求。因此，對永磁同步電機的電流進行高性能控制是實現(xiàn)電機控制系統(tǒng)高性能的關(guān)鍵因素。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的無差拍電流預測控制方法容易受到實際系統(tǒng)中因測量誤差或參數(shù)時變導致的參數(shù)失配、難以準確建模或補償?shù)难訒r和逆變器非線性等因素的影響，進而導致電流靜差的產(chǎn)生、動態(tài)響應的下降乃至系統(tǒng)的失穩(wěn)。此外，無差拍電流預測控制方法理想情況下電流延遲兩個控制周期跟隨給定的高動態(tài)響應對系統(tǒng)的電壓裕量提出了很高的要求。當計算出的給定電壓由于實際系統(tǒng)電壓裕量不足而無法通過調(diào)制作用于被控電機時，需要對其進行限幅而電流跟隨給定的延遲將延長到數(shù)個乃至數(shù)十個控制周期，這種情況下電流和轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應也會下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)的目的在于提供一種永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制方法及系統(tǒng)，能夠提高永磁同步電機電流控制的動態(tài)性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采用如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制方法，該方法包括：基于dq坐標系構(gòu)建永磁同步電機的數(shù)學模型；根據(jù)永磁同步電機的數(shù)學模型，確定擴展預測步長的給定電壓計算方程；根據(jù)擴展預測步長的給定電壓計算方程與增量式無差拍電流預測控制方程，構(gòu)建電流控制器；將當前周期內(nèi)永磁同步電機的dq軸電流給定值、反饋值和電角速度的反饋值輸入電流控制器，得到下一個控制周期的dq軸電壓給定值；對dq軸電壓給定值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成開關(guān)信號并發(fā)送至逆變器，開關(guān)信號用于控制逆變器輸出相應電壓作用于永磁同步電機，以控制永磁同步電機的電流。

4、進一步地，基于dq坐標系構(gòu)建永磁同步電機的數(shù)學模型，包括：在dq坐標系中根據(jù)標準狀態(tài)空間方程構(gòu)建精確離散化的永磁同步電機數(shù)學模型，精確離散化的永磁同步電機數(shù)學模型滿足以下關(guān)系式：

5、，

6、其中：表示k+1時刻的dq軸電流；，表示k時刻的dq軸電流；，表示k時刻的dq軸電壓；，，，，，，，，，表示定子電阻，表示轉(zhuǎn)子磁鏈，表示d軸電感，表示q軸電感，表示控制周期，表示電角速度，滿足以下關(guān)系式：

7、，

8、其中：，，，；

9、通過電壓補償對精確離散化的永磁同步電機數(shù)學模型進行化簡，得到永磁同步電機數(shù)學模型，永磁同步電機數(shù)學模型滿足以下關(guān)系式：

10、，

11、其中：。

12、進一步地，擴展預測步長的給定電壓計算方程滿足以下關(guān)系式：

13、，

14、其中：表示整個動態(tài)過程的持續(xù)時間，，，上標*表示dq軸電流或電壓的給定值，上標^表示dq軸電流的估計值或矩陣值使用電機參數(shù)估計值進行計算，表示直流母線電壓。

15、進一步地，根據(jù)擴展預測步長的給定電壓計算方程與增量式無差拍電流預測控制方程，構(gòu)建電流控制器，包括：確定增量式無差拍電流預測控制方程；判斷增量式無差拍電流預測控制方程的結(jié)果是否小于等于預設閾值；若判斷結(jié)果為否，則對擴展預測步長的給定電壓計算方程進行迭代計算，并結(jié)合電壓補償計算方程構(gòu)建電流控制器；若判斷結(jié)果為是，則通過增量式無差拍電流預測控制方程以及電壓補償計算方程構(gòu)建電流控制器；其中，電壓補償計算方程滿足以下關(guān)系式：

16、，

17、表示補償后第k+1個控制周期dq軸電壓的給定值。

18、進一步地，確定增量式無差拍電流預測控制方程，包括：計算k時刻dq軸增量電流的反饋值：

19、，

20、計算k+1時刻dq軸增量電流的估計值：

21、，

22、計算k+1時刻dq軸電流的估計值：

23、，

24、計算第k+1個控制周期dq軸增量電壓的給定值：

25、，

26、計算限幅前第k+1個控制周期dq軸電壓的給定值：

27、，

28、其中：，表示k時刻dq軸增量電流的反饋值；，表示k+1時刻dq軸增量電流的估計值；，表示第k個控制周期dq軸增量電壓的給定值；表示可調(diào)的魯棒因子矩陣，此處?。?，表示k時刻dq軸電流的估計值；，表示k時刻的dq軸電流給定值；，表示限幅前第k+1個控制周期dq軸電壓的給定值；，表示限幅后第k個控制周期dq軸電壓的給定值。

29、進一步地，對擴展預測步長的給定電壓計算方程進行迭代計算，包括：計算動態(tài)過程持續(xù)時間的初始值：

30、，

31、按照預設迭代次數(shù)進行迭代計算：

32、，

33、其中：表示當前的迭代輪次，上標表示第次迭代計算的結(jié)果，表示總迭代次數(shù)，

34、對迭代計算的結(jié)果進行最小相位誤差限幅：

35、。

36、進一步地，將當前周期內(nèi)永磁同步電機的dq軸電流給定值、反饋值和電角速度的反饋值輸入電流控制器，得到下一個控制周期的dq軸電壓給定值，包括：獲取當前周期內(nèi)永磁同步電機的dq軸電流給定值、反饋值和電角速度的反饋值；將當前周期內(nèi)永磁同步電機的dq軸電流給定值、反饋值和電角速度的反饋值輸入電流控制器，并對進行電壓補償，輸出電壓補償后下一個控制周期的dq軸電壓給定值。

37、進一步地，根據(jù)dq軸電壓給定值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成開關(guān)信號并發(fā)送至逆變器，包括：根據(jù)永磁同步電機轉(zhuǎn)子電角度位置對電機dq軸電壓的給定值進行兩相坐標系間的坐標變換，以獲得電機在靜止兩相坐標系中軸電壓的給定值；根據(jù)電機在靜止兩相坐標系中軸電壓的給定值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成對應的開關(guān)信號發(fā)送至逆變器。

38、第二方面，本技術(shù)提供了一種永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：永磁同步電機；電流傳感器，電流傳感器用于采樣k時刻永磁同步電機定子的三相電流；位置傳感器，位置傳感器用于采樣k時刻電機轉(zhuǎn)子的機械角度位置；電流控制器，電流控制器用于在第k個控制周期內(nèi)以永磁同步電機k時刻dq軸電流的給定值、反饋值和電角速度的反饋值作為輸入，計算并輸出第k+1個控制周期dq軸電壓的給定值；空間矢量脈寬調(diào)制器，空間矢量脈寬調(diào)制器用于根據(jù)dq軸電壓的給定值調(diào)制生成對應的開關(guān)信號；逆變器，逆變器用于在開關(guān)信號的控制下輸出對應電壓作用于永磁同步電機。

39、第三方面，本技術(shù)提供了一種電子設備，包括：存儲器和處理器，存儲器上存儲有計算機程序指令，處理器被配置為執(zhí)行存儲在存儲器上的指令，以執(zhí)行上述第一方面的方法步驟。

40、第四方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)可以為可讀的非易失性存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機指令或者程序，當其在計算機上運行時，使得計算機可以執(zhí)行上述第一方面或者上述方面的任一種可能的設計方法。

41、基于上述方案，本技術(shù)提出了一種永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制方法，該方法基于dq坐標系構(gòu)建永磁同步電機的數(shù)學模型，并根據(jù)永磁同步電機的數(shù)學模型，確定擴展預測步長的給定電壓計算方程。之后，根據(jù)擴展預測步長的給定電壓計算方程與增量式無差拍電流預測控制方程，構(gòu)建電流控制器，將當前周期內(nèi)永磁同步電機的dq軸電流給定值、反饋值和電角速度的反饋值輸入電流控制器，得到下一個控制周期的dq軸電壓給定值。最后，根據(jù)dq軸電壓給定值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成開關(guān)信號并發(fā)送至逆變器，控制逆變器輸出相應電壓作用于永磁同步電機，以控制永磁同步電機的電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)提出的永磁同步電機的高動態(tài)響應電流控制方法，能夠提高永磁同步電機電流控制的動態(tài)性能，具有較強的魯棒性。