一种永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法

本发明涉及永磁同步电机控制，特别是涉及一种永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法。

背景技术：

1、永磁同步电机具有功率密度高、效率高、调速性能好等优点，已经广泛应用于电动汽车、工业伺服、机器人和多电机协同驱动等场景。随着控制系统对动态响应、稳态精度和实时性的要求不断提高，传统比例积分控制方法在复杂工况下难以同时兼顾响应速度、抗干扰能力和约束处理能力，因此模型预测控制逐渐成为永磁同步电机高性能控制的重要研究方向。

2、连续控制集模型预测控制能够利用电机离散模型预测未来状态，并通过价值函数优化获得控制律。与传统控制方法相比，该方法可以较自然地处理电流、电压等物理约束，并且便于引入速度跟踪误差、控制增量和同步误差等多目标性能指标。然而，传统模型预测控制通常在每个采样周期内均需要重新计算控制量。当采样周期较短、预测步长较大或控制器运行在嵌入式平台时，频繁求解最优控制量会增加计算压力，也可能导致部分控制更新在误差较小时并无必要。

3、事件触发控制的基本思想是根据系统状态变化决定控制器是否更新，而不是简单地按照固定周期更新。若系统误差处于允许范围内，则保持上一触发时刻的控制律；若误差超过设定阈值，则触发控制器重新计算控制量。相比静态阈值事件触发，动态事件触发机制通过引入辅助变量，使触发阈值能够随系统状态变化而调整，从而在控制性能与计算资源之间取得更好的平衡。

4、因此，需要提出一种永磁同步电机预测速度控制方法，在保持速度跟踪性能和闭环稳定性的同时，减少不必要的控制更新，降低控制器在线计算量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法，以解决传统预测速度控制在每个采样周期内重复计算控制律导致在线计算负担较大的问题，并在保证速度跟踪性能的同时提高控制系统的稳定性。

2、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

3、一种永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，建立永磁同步电机机械运动方程，并通过离散化得到pmsm机械角速度离散模型，构建速度跟踪误差，对进行推导得到下一时刻的速度跟踪误差并整理为标准速度跟踪误差系统形式；

5、步骤s2，基于步骤s1得到的标准速度跟踪误差系统形式计算无差拍预测速度控制的理想控制律，采用扰动估计值代替理想控制律中的真实扰动，得到无差拍预测速度控制的实际控制律；

6、步骤s3，针对步骤s2中的实际控制律，设置动态事件触发条件为，其中，为动态触发变量，为触发参数，若满足动态事件触发条件，则重新计算并输出新的实际控制律；否则，保持上一触发时刻的实际控制律不变，并且设置动态触发变量的更新律为，为衰减系数，且，为历史误差权重系数，为非负补偿项，且， 为第 次触发时刻速度跟踪误差的平方；

7、步骤s4，基于和构造复合lyapunov函数，分别对触发时刻和非触发区间进行稳定性分析；

8、步骤s5，在稳定系统的情况下，将经过步骤s3动态事件触发判断后的无差拍预测速度的实际控制律作为电流环的输入，经过电流环pi计算后生成d、q轴参考电压、，将、经svpwm模块转换为逆变器驱动信号后作用于永磁同步电机。

9、上述技术方案中，所述步骤s1中，下一时刻速度跟踪误差的预测表达式为：

10、；

11、式中，为采样时刻的速度跟踪误差，为采样时刻的速度跟踪误差，为电机转动惯量，为粘性摩擦因数，为采样时刻的负载转矩，为采样周期，为永磁同步电机转矩系数，为采样时刻的定子电流q轴分量，为采样时刻，为给定机械角速度；

12、标准速度跟踪误差系统形式的下一时刻速度跟踪误差的预测表达式为：

13、；

14、式中，为速度跟踪误差系数，其中，，为控制律系数，其中，，为采样时刻的控制律，为包含负载转矩及参考输入相关项的系统真实扰动项，其中，。

15、上述技术方案中，所述步骤s2中，通过标准速度跟踪误差系统形式的下一时刻速度跟踪误差为零，得到无差拍预测速度控制的理想控制律，所述理想控制律的计算公式为：

16、；

17、式中，为理想控制律；

18、采用扰动估计值代替理想控制律中的真实扰动得到实际控制律，所述实际控制律的计算公式为：

19、；

20、式中，为采样时刻的扰动估计值。

21、上述技术方案中，所述步骤s3中，所述实际控制律的计算公式为：

22、；

23、式中，为当前时刻由预测控制器计算得到的控制律，为第次触发时刻的控制律，为第次触发时刻，为触发参数，其中，，为动态触发变量。

24、上述技术方案中，所述步骤s4中，所述复合lyapunov函数的计算公式为：

25、；

26、式中，为

k采样时刻的复合lyapunov函数，为权重系数，且。

27、上述技术方案中，所述步骤s4中，在非触发区间内，复合lyapunov函数满足线性递推不等式，其中，为递推收缩系数，且，为由扰动估计偏差、有界扰动以及非负补偿项共同决定的非负常数，迭代该不等式可知不会随采样步数无限增长，此时，复合lyapunov函数的差分被压缩至由界定的范围内，又因，速度跟踪误差在非触发区间内保持有界，系统稳定；

28、在触发时刻，复合lyapunov函数满足压缩不等式，其中为触发前时刻的复合lyapunov函数值，为触发后时刻的复合lyapunov函数值，为触发时刻的收缩系数，且，为触发前时刻，为触发后时刻，每次触发都会使系统产生一次收缩，从而抑制速度跟踪误差增长，速度跟踪误差最终满足，即速度跟踪误差在触发时刻保持有界，系统稳定。

29、本发明的第二方面，一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行时，使得上述一个或多个处理器实现所述永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法。

30、本发明的第三方面，一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，上述指令在被执行时用于实现所述永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法。

31、本发明的第四方面，一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括计算机可执行指令，上述指令在被执行时用于实现所述永磁同步电机动态事件触发无差拍预测速度控制方法。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、1.本发明在已有永磁同步电机预测速度控制框架基础上引入动态事件触发机制，根据速度跟踪误差与动态阈值之间的关系判断是否触发控制更新，不再在每一个采样周期内都重新计算控制律，从而减少不必要的在线计算；

34、2.本发明在触发条件满足时重新计算控制律，在触发条件不满足时保持上一触发时刻的控制律不变，使控制更新频率能够随系统运行状态变化而调整；

35、3.本发明根据速度跟踪误差模型推导无差拍预测速度控制律，使下一采样时刻速度跟踪误差具有快速抑制趋势，有利于保证永磁同步电机的速度跟踪性能；

36、4.本发明构造包含速度跟踪误差和动态触发变量的复合lyapunov函数，并分别对触发时刻和非触发区间进行稳定性分析，可保证闭环误差系统一致最终有界。