CN105680755A - 一种永磁同步电机的无模型电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机(PMSM)的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块。本发明能提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能且使PMSM驱动系统兼具强鲁棒性，从而实现电动汽车PMSM驱动系统的高效安全运行。

Description

一种永磁同步电机的无模型电流控制方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体地说是一种永磁同步电机的无模型电流控制方法。

背景技术

电动汽车永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在多种不确定性，主要表现为PMSM的参数不确定性和逆变器非线性。PMSM的参数不确定性主要表征为电机参数的变化，电机负载运行所伴随的温度变化、铁磁材料的磁导率随温度变化及磁路饱和程度不同呈现出的非线性变化是引起电机参数变化的重要原因。逆变器的非线性特性主要来源于功率开关器件设置的死区时间、非理想开关特性以及功率开关器件存在的寄生电容。PMSM的参数不确定性和逆变器非线性会直接影响PMSM驱动系统的动态和静态性能，导致PMSM出现电流瞬态响应速度下降、电流脉动、转矩脉动及谐波损耗增加等现象，严重时甚至直接影响系统的运行稳定性。

为了实现计及参数不确定性的PMSM控制，解决方案之一是在PMSM驱动系统运行时通过PMSM参数的在线辨识实现控制器参数的自适应更新。另一种解决方案是是基于PMSM数学模型设计扰动观测器，在线估计出参数不确定产生的扰动量再进行PMSM控制器设计，提升系统的控制性能及鲁棒性。无论是基于参数辨识自适应更新PMSM控制器参数的解决方案，还是基于扰动观测器设计PMSM控制器的解决方案，均依赖于PMSM定子交、直轴电压的准确获取。对于电动汽车PMSM驱动系统，定子交、直轴电压难以直接检测而且难以实现与定子电流的同步采样，为此，通常采用逆变器的直轴电压指令替代PMSM定子直轴电压，逆变器的交轴电压指令替代PMSM定子交轴电压，但是逆变器存在的非线性特性使逆变器的直轴电压指令和定子直轴电压之间、逆变器的交轴电压指令与定子交轴电压间存在偏差，减小该偏差的措施是实施逆变器非线性补偿。

逆变器非线性补偿可归类为基于时间的补偿法和基于电压的补偿法两大类。基于时间补偿法因补偿难度较大已很少采用，目前国内外的研究热点已转向基于观测器设计的逆变器非线性在线补偿法，但仍然存在如何简化系统设计、有效克服电机参数变化对逆变器非线性补偿的影响并提升补偿精度和快速性等亟需解决的关键技术问题。

发明内容

本发明是为了克服现有电动汽车PMSM电流控制方法的不足，提出一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，以期能提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能；使系统兼具强鲁棒性，从而实现电动汽车PMSM驱动系统的高效安全运行。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特点是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；

在第k个采样周期T_k下，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流i_a[k]和定子b相电流i_b[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流i_d[k]和实际定子交轴电流i_q[k]；

所述交轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]进行处理，获得逆变器的交轴电压指令n为设定的正整数；

所述直轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的直轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]进行处理，获得逆变器的直轴电压指令

所述空间矢量脉宽调制模块对所述逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指令进行处理，获得逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]并传递给所述逆变器；

所述逆变器利用所述逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]控制所述永磁同步电机定子的三相电压；从实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。

本发明一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特点是，所述无模型电流控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、设定控制系统运行的采样周期为T；

步骤2、获得第k个采样周期T_k实际定子直轴电流i_d[k]，第k个采样周期T_k实际定子交轴电流i_q[k]，第k个采样周期T_k转子实际位置角α[k]；

步骤2.1、利用所述电流传感器检测获得第k个采样周期T_k的定子a相电流i_a[k]和第k个采样周期T_k的定子b相电流i_b[k]；

步骤2.2、利用所述位置传感器检测获得第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]；

步骤2.3、利用式(1)进行坐标变换，获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下永磁同步电机的第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]和第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\[k\]\\ i_q\[k\]\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\α}\[k\]& \cos \left(\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)& \cos \left(\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\\ -\sin \mathrm{\α}\[k\]& -\sin \left(\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\[k\]\\ i_b\[k\]\\ -(i_a\[k\]+i_b\[k\])\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，k≥1且k取为正整数，k＝1,2,3,…；

步骤3、定义n为数据窗口长度，根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器直轴电压指令第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器交轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]、第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]，利用式(2)获得第k个采样周期T_k的定子直轴未知部分估计量和第k个采样周期T_k的定子交轴未知部分估计量

$\begin{array}{c}{\hat{F}}_d\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right)\right)\×i_d\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_d\left(\left(m-k+n\right)-1\right)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_d^{*}\[m-2\]\\ +\left(n-2\left(m-k+n\right)\right)i_d\[m\]+{\mathrm{\α}}_d(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_d^{*}\[m-1\])\\ {\hat{F}}_q\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right)\right)\×i_q\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_q\left(\left(m-k+n\right)-1\right)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_q^{*}\[m-2\]\\ +\left(n-2\left(m-k+n\right)\right)i_q\[m\]+{\mathrm{\α}}_q(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_q^{*}\[m-1\])\end{array}---\left(2\right)$

式(2)中：α_d为直轴电压系数，α_q为交轴电压系数，α_d与α_q为设定参数，m表示累加求和符号∑的下标，且m的下界为k-n+1，上界为k；当k-n+1≤0时，令i_d[k-n]＝0，i_q[k-n]＝0，

步骤4，根据第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令和第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令利用式(3)计算第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令微分与第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令微分

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_d^{*}\[k\]-i_d^{*}\[k-1\]}{T}\\ \frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_q^{*}\[k\]-i_q^{*}\[k-1\]}{T}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，当k-1≤0时，令

步骤5、利用式(4)计算获得第k个采样周期T_k的逆变器直轴电压指令和第k个采样周期T_k的逆变器交轴电压指令

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_d\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]+K_{dp}(i_d^{*}\[k\]-i_d\[k\])}{{\mathrm{\α}}_d}\\ u_q^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_q\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]+K_{qp}(i_q^{*}\[k\]-i_q\[k\])}{{\mathrm{\α}}_q}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，K_dp为直轴无模型电流控制器的比例系数，K_qp为交轴无模型电流控制器的比例系数；

步骤6、利用所述空间矢量脉宽调制模块对所述第k个采样周期T_k的逆变器直轴电压指令第k个采样周期T_k的逆变器交轴电压指令以及第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]进行处理，获得第k个采样周期T_k的逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]，用于控制所述永磁同步电机定子的三相电压；

步骤7、将k+1赋值给k；并返回步骤2执行，实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明基于PMSM驱动系统的输入、输出数据获得定子直轴与交轴未知部分估计量，再基于对系统未知部分的估计设计无模型电流调节器。PMSM无模型电流控制方法，无需建立永磁同步电机的数学模型即可实现快速且准确的电流控制，一体化地解决了存在参数不确定性与逆变器非线性的PMSM电流控制关键技术，在提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能的同时，使系统兼具强鲁棒性，实现了电动汽车PMSM驱动系统的高效安全运行。

2、本发明步骤三中采用的方法仅需要PMSM驱动系统的输入数据(采样电流)、输出数据(电压指令)，即可获得定子直轴与交轴未知部分估计量，不依赖PMSM驱动系统的参数，且未知部分估计量中包含了逆变器非线性的影响。

3、由于PMSM的参数不确定性，经典的双PI电流调节器前馈解耦控制存在交直轴难以完全解耦问题，而本发明步骤五中采用的控制方法，有效克服了该不足，且控制器设计简单，需整定参数少，具有良好的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明控制方法方框图；

图2为本发明所设置的控制系统中交轴无模型电流调节器原理图；

图3为本发明所设置的控制系统中直轴无模型电流调节器原理图；

图4为采用基于PI调节器的电流环控制方法获得的交轴与直轴电流实验图；

图5为采用本发明所提出的控制方法获得的交轴与直轴电流实验图。

具体实施方式

本实施例中，一种永磁同步电机的无模型电流控制装置，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，本实施例中，设置包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；

在第k个采样周期T_k下，采用坐标变换模块对电流传感器提供的定子a相电流i_a[k]和定子b相电流i_b[k]、以及位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流i_d[k]和实际定子交轴电流i_q[k]；

交轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]进行处理，获得逆变器的交轴电压指令n为人工设定的正整数；

直轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的直轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]进行处理，获得逆变器的直轴电压指令

空间矢量脉宽调制模块对逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指令进行处理，获得逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]并传递给逆变器；

逆变器利用逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]控制永磁同步电机定子的三相电压；从实现对永磁同步电机的无模型电流控制。

本实施例中，一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，是应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统中，本实施例中的无模型电流控制方法是按如下步骤进行，图1为永磁同步电机无模型电流控制方法系统框图：

步骤1、设定控制系统运行的采样周期为T，本实施例中，采样周期T为100微秒；

步骤2、获得第k个采样周期T_k实际定子直轴电流i_d[k]，第k个采样周期T_k实际定子交轴电流i_q[k]，第k个采样周期T_k转子实际位置角α[k]；

步骤2.1、利用电流传感器检测获得第k个采样周期T_k的定子a相电流i_a[k]和第k个采样周期T_k的定子b相电流i_b[k]；

步骤2.2、利用位置传感器检测获得第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]；

步骤2.3、利用式(1)进行坐标变换，获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下永磁同步电机的第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]和第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\[k\]\\ i_q\[k\]\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\α}\[k\]& \cos \left(\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)& \cos \left(\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\\ -\sin \mathrm{\α}\[k\]& -\sin \left(\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\[k\]\\ i_b\[k\]\\ -(i_a\[k\]+i_b\[k\])\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，k≥1且k取为正整数，k＝1,2,3,…；

其中，第k个采样周期T_k的定子a相电流i_a(k)和第k个采样周期T_k的定子b相电流i_b(k)是利用霍尔电流传感器检测获得；第k个采样周期T_k的转子实际位置角α(k)是利用旋转变压器获得。

步骤3、如图2和图3所示，定义n为数据窗口长度，根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的直轴电压指令第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]、第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]，利用式(2)获得第k个采样周期T_k的定子直轴未知部分估计量和第k个采样周期T_k的定子交轴未知部分估计量

$\begin{array}{c}{\hat{F}}_d\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right)\right)\×i_d\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_d\left(\left(m-k+n\right)-1\right)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_d^{*}\[m-2\]\\ +\left(n-2\left(m-k+n\right)\right)i_d\[m\]+{\mathrm{\α}}_d(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_d^{*}\[m-1\])\\ {\hat{F}}_q\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right)\right)\×i_q\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_q\left(\left(m-k+n\right)-1\right)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_q^{*}\[m-2\]\\ +\left(n-2\left(m-k+n\right)\right)i_q\[m\]+{\mathrm{\α}}_q(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_q^{*}\[m-1\])\end{array}---\left(2\right)$

式(2)中：α_d为直轴电压系数，α_q为交轴电压系数，α_d与α_q为设定参数，m表示累加求和符号∑的下标，且m的下界为k-n+1，上界为k。当k-n+1≤0时，令i_d[k-n]＝0，i_q[k-n]＝0，

本实施例中以计算第8个采样周期T₈的定子直轴未知部分估计量为例，选取数据窗口长度n为10，直轴电压系数α_d为750，交轴电压系数α_q为750，采样周期T之前已定义为100微秒，根据式(2)可得

$\begin{array}{c}{\hat{F}}_d\[8\]=-\frac{3}{1000\×1\×{10}^{-4}}\underset{m=k-10+1}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(10-2\left(\left(m-8+10\right)-1\right)\right)\×i_d\[m-1\]\\ +750\left(\left(m-8+10\right)-1\right)\×1\×{10}^{-4}\×(10-(\left(m-8+10\right)-1\left)\right)\×i_d^{*}\[m-2\]\\ +\left(10-2\left(m-8+10\right)\right)i_d\[m\]+750(m-8+10)\×1\×{10}^{-4}\×(10-(m-8+10\left)\right)\×u_d^{*}\[m-2\])\\ =-30\underset{m=k-9}{\overset{k}{\Σ}}\left(\right(\left(5-2m\right)\×i_d\[m-1\]\\ +0.75(m+1)(9-m)\×i_d\[m-2\]\\ +(6-2m)i_d\[m\]+0.75(m+2)(8-m)\×i_d^{*}\[m-1\])\end{array}$

其中i_d[-1]＝i_d[0]＝0，其余需要的i_d[1]…i_d[8]可以根据步骤2.3检测获得，可以根据之前采样周期的计算获得。

步骤4，根据第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令和第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令利用式(3)计算第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令的微分与第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令的微分

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_d^{*}\[k\]-i_d^{*}\[k-1\]}{T}\\ \frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_q^{*}\[k\]-i_q^{*}\[k-1\]}{T}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，当k-1≤0时，令

步骤5、利用式(4)计算获得第k个采样周期T_k的逆变器的直轴电压指令和第k个采样周期T_k的逆变器的交轴电压指令

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_d\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]+K_{dp}(i_d^{*}\[k\]-i_d\[k\])}{{\mathrm{\α}}_d}\\ u_q^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_q\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]+K_{qp}(i_q^{*}\[k\]-i_q\[k\])}{{\mathrm{\α}}_q}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，K_dp为直轴电流比例系数，K_qp为交轴电流比例系数；

步骤6、利用空间矢量脉宽调制模块对第k个采样周期逆变器T_k的直轴电压指令第k个采样周期T_k的逆变器的交轴电压指令以及第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]进行处理，获得第k个采样周期T_k的逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]，用于控制永磁同步电机定子的三相电压；

步骤7、将k+1赋值给k；并返回步骤2执行，从实现对永磁同步电机的无模型电流控制。

为了验证所提出的无模型电流控制方法的性能，建立面装式永磁同步电机(SMPMSM)实验平台，实验平台采用一台2.2kW的三相异步电机作为测功机，英飞凌IGBT模块作为SMPMSM的逆变器，TITMS320F28335用于逆变器的控制，开关频率10kHz，死区时间设置为9微秒，直流母线电压48V，SMPMSM运行于转矩控制方式，测功机运行于转速控制方式。SMPMSM的标称参数如表1所示。

表1面装式永磁同步电机标称参数

额定转矩	13N.m	极对数	12
				额定电流	19Arms	定子电阻	0.0957Ω
永磁体磁链	0.027Wb	定子电感	1mH
				转动惯量	0.01015kg.m2

将系统转速控制为100转/分钟，在0.05秒时给定交轴阶跃电流指令26.749A，直轴电流指令保持为0A，采用基于前馈解耦的PI电流调节器控制性能如图4所示，采用所提出的无模型电流控制方法控制性能如图5所示。通过对比，无模型电流控制方法能够实现对交、直轴指令电流快速、无超调的跟踪，有效降低了逆变器非线性引起的交、直轴电流中六倍频分量，具有良好的动态与静态电流控制性能，且无模型电流调节器的设计不依赖SMPMSM驱动系统的数学模型，对于系统的参数变化具有鲁棒性，从而一体化的解决了系统中存在的参数不确定性与逆变器非线性问题，具有良好的应用前景。

Claims (2)

1.一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；

在第k个采样周期T_k下，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流i_a[k]和定子b相电流i_b[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流i_d[k]和实际定子交轴电流i_q[k]；

所述交轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]进行处理，获得逆变器的交轴电压指令n为设定的正整数；

所述直轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器的直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器的直轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]进行处理，获得逆变器的直轴电压指令

所述空间矢量脉宽调制模块对所述逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指令进行处理，获得逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]并传递给所述逆变器；

所述逆变器利用所述逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]控制所述永磁同步电机定子的三相电压；从实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。

2.一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、设定控制系统运行的采样周期为T；

步骤2、获得第k个采样周期T_k实际定子直轴电流i_d[k]，第k个采样周期T_k实际定子交轴电流i_q[k]，第k个采样周期T_k转子实际位置角α[k]；

步骤2.1、利用所述电流传感器检测获得第k个采样周期T_k的定子a相电流i_a[k]和第k个采样周期T_k的定子b相电流i_b[k]；

步骤2.2、利用所述位置传感器检测获得第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]；

步骤2.3、利用式(1)进行坐标变换，获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下永磁同步电机的第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]和第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\[k\]\\ i_q\[k\]\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\α}\[k\]& \cos (\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\α}\[k\]& -\sin (\mathrm{\α}\[k\]-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\α}\[k\]+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\[k\]\\ i_b\[k\]\\ -(i_a\[k\]+i_b\[k\])\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，k≥1且k取为正整数，k＝1,2,3,…；

步骤3、定义n为数据窗口长度，根据第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器直轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器直轴电压指令第k-n-1个采样周期T_k-n-1的逆变器交轴电压指令至第k-1个采样周期T_k-1的逆变器交轴电压指令第k-n个采样周期T_k-n的实际定子直轴电流i_d[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子直轴电流i_d[k]、第k-n个采样周期T_k-n的实际定子交轴电流i_q[k-n]至第k个采样周期T_k的实际定子交轴电流i_q[k]，利用式(2)获得第k个采样周期T_k的定子直轴未知部分估计量和第k个采样周期T_k的定子交轴未知部分估计量

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{F}}_d\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right(\left(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right)\right)\×i_d\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_d\left(\right(m-k+n)-1)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_d^{*}\[m-2\]\\ +(n-2(m-k+n\left)\right)i_d\[m\]+{\mathrm{\α}}_d(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_d^{*}\[m-1\])\\ {\hat{F}}_q\[k\]=-\frac{3}{n^{3}T}\underset{m=k-n+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right(n-2\left(\left(m-k+n\right)-1\right))\×i_q\[m-1\]\\ +{\mathrm{\α}}_q\left(\right(m-k+n)-1)T(n-(\left(m-k+n\right)-1\left)\right)\×u_q^{*}\[m-2\]\\ +(n-2(m-k+n\left)\right)i_q\[m\]+{\mathrm{\α}}_q(m-k+n)T(n-(m-k+n\left)\right)\×u_q^{*}\[m-1\])\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中：α_d为直轴电压系数，α_q为交轴电压系数，α_d与α_q为设定参数，m表示累加求和符号∑的下标，且m的下界为k-n+1，上界为k；当k-n+1≤0时，令i_d[k_-n]＝0，i_q[k-n]＝0，

步骤4，根据第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令和第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令利用式(3)计算第k个采样周期T_k的定子直轴电流指令微分与第k个采样周期T_k的定子交轴电流指令微分

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_d^{*}\[k\]-i_d^{*}\[k-1\]}{T}\\ \frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]=\frac{i_q^{*}\[k\]-i_q^{*}\[k-1\]}{T}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，当k-1≤0时，令

步骤5、利用式(4)计算获得第k个采样周期T_k的逆变器直轴电压指令和第k个采样周期T_k的逆变器交轴电压指令

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_d\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_d^{*}}{dt}\[k\]+K_{dp}(i_d^{*}\[k\]-i_d\[k\])}{{\mathrm{\α}}_d}\\ u_q^{*}\[k\]=\frac{-{\hat{F}}_q\[k\]+\frac{{\mathrm{di}}_q^{*}}{dt}\[k\]+K_{qp}(i_q^{*}\[k\]-i_q\[k\])}{{\mathrm{\α}}_q}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式(4)中，K_dp为直轴无模型电流控制器的比例系数，K_qp为交轴无模型电流控制器的比例系数；

步骤6、利用所述空间矢量脉宽调制模块对所述第k个采样周期T_k的逆变器直轴电压指令第k个采样周期T_k的逆变器交轴电压指令以及第k个采样周期T_k的转子实际位置角α[k]进行处理，获得第k个采样周期T_k的逆变器控制信号S_a[k]、S_b[k]、S_c[k]，用于控制所述永磁同步电机定子的三相电压；

步骤7、将k＋1赋值给k；并返回步骤2执行，实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。