连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法与流程

技术特征：
1.一种连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：利用永磁同步直线电机的数学模型得到旋转坐标系下的定子电流状态方程；根据所述定子电流状态方程确定成本函数，并将所述成本函数转换为二次优化方程；计算所述二次优化方程的最优解，得到理想状态下的逆变器连续开关状态，并确定所述最优解所在的扇区；确定所述扇区合成最优电压矢量的三个电压矢量，计算所述三个电压矢量分别的作用时间，对三个电压矢量的时间进行pwm波形调制，并将调制过后的pwm波形输入到所述逆变器中，同时定义电机的参考转速与反馈转速之间的误差为状态变量，根据所述状态变量确定非奇异终端滑模面，对所述滑模面进行微分得到滑模控制器的输出表达式。2.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：利用永磁同步直线电机的数学模型得到旋转坐标系下的定子电流状态方程包括：所述定子电流状态方程如下：所述定子电流状态方程如下：其中，u
d
与u
q
分别为定子直轴电压与电子交轴电压，i
d
与i
q
分别为定子直轴电流与定子交轴电流，r
s
为定子阻，ψ
d
与ψ
q
为定子直轴磁链与定子交轴磁链，ψ
d
＝l
d
i
d
ψ
f
，ψ
q
＝l
q
i
q
，ψ
f
是永磁体磁链。3.根据权利要求2所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：在得到定子电流状态方程后，根据欧拉公式得到电流的微分形式，以使k 1周期的电流值可以从第k周期获得。4.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：根据所述定子电流状态方程确定成本函数包括：定义变量δs(k|k)＝s(k|k)-s(k-1|k)，将所述成本函数的形式表示为式中λ>0为权重因子电流的极限值，δs(k|k)为前后开关状态之间的开关损耗，λ为权重系数；引入切换序列s(k|k)＝[s(k|k)
t
,...,s(k n-1|k)
t
]
t
构造出定子交、直轴电流预测值在滚动时域下的向量形式如下，其中，n为预测步数，s(k|k)∈m、s(k|k)代表逆变器k时刻开关位置的开关状态，m s
×
s...
×
s表示为离散开关状态s的n次笛卡尔乘积：x
dq
(k n|k)＝a
n
(k|k)x
dq
(k|k) [a
n-1
(k|k)b ... a0(k|k)b]s(k|k) [a
n-1
(k|k)f(k|k) ... a0(k|k)f]；令y
dq
表示k 1时刻到k n时刻预测步长范围内交、直轴电流预测值的输出，y
*dq
为相应的参考输出：
y
dq
＝γx
dq
(k|k) υs(k|k) π式中，将成本函数修改为并定义：ξ(k|k)＝((γx
dq
(k|k)-ω(k|k))
t
υ-λ(es(k-1|k))
t
w)
t
，q＝υ
t
υ λw
t
w；确定所述成本函数为j＝ξ(k|k) 2(ξ(k|k))
t
s(k|k) s(k|k)
t
qs(k|k)，式中5.根据权利要求4所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：将所述成本函数转换为二次优化方程包括：通过矩阵变换将成本函数j＝ξ(k|k) 2(ξ(k|k))
t
s(k|k) s(k|k)
t
qs(k|k)转换为二次优化方程如下：j＝(s(k|k) q-1
ξ(k|k))
t
q(s(k|k) q-1
ξ(k|k)) c(k|k)其中，c(k)为一个常数项。6.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：计算所述二次优化方程的最优解包括：在无约束条件下计算所述二次优化方程的最优解为s
unc
(k|k)＝-hq-1
ξ(k)，其中最优解s
unc
(k|k)为3n行的列向量，其前三个元素表示某一时刻的最优开关状态s
opt
＝[s
unc
(1) s
unc
(2) s
unc
(3)]
t
。7.根据权利要求6所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：确定所述最优解所在的扇区包括：计算所述最优开关状态s
opt
在α-β轴上的分量u
a
,u
β
；定义归一化向量和其中得到p与扇区的关系；根据所述p与扇区的关系确定所述最优解所在的扇区。8.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：计算所述三个电压矢量分别的作用时间包括：
令得到所述三个电压矢量的作用时间，其中所述三个电压矢量包括一个零电压矢量和两个非零电压矢量。9.根据权利要求1所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：定义电机的参考转速与反馈转速之间的误差为状态变量，根据所述状态变量确定非奇异终端滑模面包括：定义速度误差e＝v
*-v，根据永磁同步直线电机的电磁推力公式得到公式为确定非奇异终端滑模面为其中k,α,β均大于0，g，h，p，q，均为正奇数，并且1<p/q<2，p/q<g/h。10.根据权利要求9所述的连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，其特征在于：对所述滑模面进行微分得到滑模控制器的输出表达式包括：令对终端滑模面进行微分得到：即滑模控制器的输出为其中ξ>0,γ>0；定义切换函数其中δ＝π/(2δ),δ是边界层厚度，即滑模控制器的输出为

技术总结
本发明涉及一种连续控制集永磁同步直线电机模型预测控制方法，包括利用永磁同步直线电机的数学模型得到旋转坐标系下的定子电流状态方程；根据定子电流状态方程确定成本函数，并将其转换为二次优化方程；计算二次优化方程的最优解，确定最优解所在的扇区；确定扇区合成最优电压矢量的三个电压矢量，计算三个电压矢量分别的作用时间，对三个电压矢量的时间进行PWM调制，同时定义电机的参考转速与反馈转速之间的误差为状态变量，根据状态变量确定非奇异终端滑模面，对滑模面进行微分得到滑模控制器的输出表达式。本发明减少多步预测的在线计算量，且在不考虑对开关状态的相关约束后得到一个非布尔量的最优开关状态，显著提高了控制性能。了控制性能。了控制性能。


技术研发人员：胡官洋 杨玮林 许德智
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2021.10.15
技术公布日：2022/1/11