本發(fā)明涉及無觀測器，尤其涉及一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的無模型無觀測器(mf-of)方法的建立過程，如下：

2、基于超局部模型的spmsm(表貼永磁同步電機(jī))數(shù)學(xué)模型描述如下：

3、

4、is代表定子電流，α是輸入的系數(shù)(電感的倒數(shù),即α＝1/lc),us是輸入電壓,f是集總的擾動，t為時間；

5、用歐拉離散(1):

6、

7、其中，t是控制周期，k表示k時刻。由于控制周期非常短，因此可以假設(shè)α和f在幾個相鄰周期內(nèi)保持常數(shù)值。因此，α可以用αk-1，αk-2，αk+1,等來替代，f也是如此。

8、在幾個相鄰周期內(nèi)的模型函數(shù)列舉如下：

9、

10、通過(4)減去(3)，可以得到α的表達(dá)式，如下所示(fk-1＝fk-2)：

11、

12、將(7)代入(4)后，可以得到擾動f的表達(dá)式，如下所示：

13、

14、考慮到數(shù)字延遲，從算法中計算得到的參考電壓在k時刻被應(yīng)用于電機(jī)，在時刻k+1才會實(shí)際執(zhí)行。因此，有必要預(yù)測兩個步驟，并將usk+1作為k時刻的參考電壓，這樣usk+1將在k+1時刻被真正實(shí)施。

15、將(5)和(6)相加，可以得出以下關(guān)系(f＝fk＝fk+1)：

16、

17、為了在兩個控制周期內(nèi)跟蹤電流，將isk+2設(shè)置為isref。這樣，α和f可以在沒有觀測器的情況下估算。然而，由于測量噪聲和迭代原因，α和f中可能會出現(xiàn)高頻諧波。因此，需要濾波器來濾除高頻分量以獲得準(zhǔn)確的估計值。α實(shí)際上是電感項的倒數(shù)，其在電機(jī)運(yùn)行時變化很小，而擾動項f可能變化較大?；谏鲜瞿Ｐ徒鹘y(tǒng)無模型無觀測器方法的控制框圖如圖1所示。

18、因此，如何提供一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，實(shí)現(xiàn)了完全的無模型控制，完全不依賴任何電機(jī)參數(shù)，從而提高了預(yù)測電流控制的魯棒性。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

3、一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，包括：構(gòu)建一個超局部模型，充分利用已知的反電動勢項，并采用僅需上一個周期信息的電感提取算法；通過使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感。

4、進(jìn)一步的，超局部模型如下所示：

5、

6、易得

7、

8、其中，lm為spmsm的真實(shí)電感，是轉(zhuǎn)子真實(shí)磁鏈，ud為d軸電壓，id為q軸電流，uq為q軸電壓，lc為控制器電感，rs為定義電阻，fd為d軸擾動，fq為q軸擾動，ωε為電角速度；

9、為了在dsp中實(shí)現(xiàn)算法，應(yīng)將函數(shù)轉(zhuǎn)換為離散形式，在時刻k附近的相鄰時刻的方程表達(dá)式如下所示：

10、

11、進(jìn)一步的，當(dāng)在spmsm上實(shí)現(xiàn)mtpa算法，d軸電流要被置零，所以公式(14)被簡化成：

12、

13、這意味著如果lm和lc之間存在誤差，fd將不會為0；也就是說，如果fd收斂到0，那么控制器中使用的lc項將收斂到lm；在不使用觀測器和其他復(fù)雜參數(shù)識別方法的情況下提取電感的真實(shí)值；在公式(16)中，將fdk-1設(shè)為零；以下是電感提取算法：

14、

15、假設(shè)lc和fd在幾個控制周期內(nèi)保持不變，根據(jù)公式(16)，得到fd的表達(dá)式如下：

16、

17、進(jìn)一步的，通過參考電壓矢量計算以及延遲補(bǔ)償，使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感：

18、兩個周期的電壓方程分別列出如下：

19、

20、

21、假設(shè)fdq＝fdqk＝fdqk+1，其中，fdq為dq軸擾動，fdqk為k時刻的dq軸擾動，fdqk+1為k+1時刻的dq軸擾動；考慮到數(shù)字延遲，根據(jù)公式(24)和(26)，預(yù)測下一個時刻的電流為：

22、

23、根據(jù)公式(25)和(27)，并將idqk+2替換為idqref，得到dq軸參考電壓的表達(dá)式：

24、

25、其中，idqk+2為k+2時刻dq軸電流，idqref為dq軸參考電流，udk+1為k+1時刻d軸電壓，uqref為q軸參考電壓，k+1時刻dq軸電壓udqk+1是在k時刻應(yīng)加載到電機(jī)上的dq軸參考電壓udqref，由于數(shù)字延遲，它實(shí)際上將在k+1時刻加載，進(jìn)行了補(bǔ)償。

26、本發(fā)明公開的一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，具有以下有益效果：

27、1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了完全的無模型控制，完全不依賴任何電機(jī)參數(shù)，從而提高了預(yù)測電流控制的魯棒性。

28、2.本發(fā)明具有創(chuàng)新的無觀測器控制。與傳統(tǒng)的無觀測器方法需要兩個周期的信息來提取電感不同，所提方法構(gòu)建了一個超局部模型，充分利用已知的反電動勢(emf)項，并采用僅需上一個周期信息的電感提取算法。通過使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感。因此，觀測器控制中的周期信息減少與充分利用有效地減輕了計算負(fù)擔(dān)，并能將q軸電流的調(diào)整時間縮短近50％，同時提高總諧波畸變(thd)，相比傳統(tǒng)mf-of方法具有明顯改進(jìn)。同時，在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)中，所提的mf-of方法與mf-eso方法在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能上達(dá)到了相似的表現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，其特征在于，包括：構(gòu)建一個超局部模型，充分利用已知的反電動勢項，并采用僅需上一個周期信息的電感提取算法；通過使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，其特征在于，超局部模型如下所示：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，其特征在于，當(dāng)在spmsm上實(shí)現(xiàn)mtpa算法，d軸電流要被置零，所以公式(14)被簡化成：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，其特征在于，通過參考電壓矢量計算以及延遲補(bǔ)償，使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的無觀測器無差拍控制方法，包括：構(gòu)建一個超局部模型，充分利用已知的反電動勢項，并采用僅需上一個周期信息的電感提取算法；通過使d軸擾動收斂到零，準(zhǔn)確提取電感。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了完全的無模型控制，完全不依賴任何電機(jī)參數(shù)，從而提高了預(yù)測電流控制的魯棒性。

技術(shù)研發(fā)人員：喻錦程,牛瑞彬,羅伊逍,趙飛,張明明,董廣忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15