CN110190795B - 一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，包括：获取实际电机位置与期望位置的差值输入PI速度调节器，得到期望的q轴电流分量；建立永磁同步电机鲁棒预测电流控制器，将期望的d轴和q轴电流分量输入鲁棒预测电流控制器，得到电机的d轴和q轴电压分量，并通过park逆变换后经过电压空间矢量脉宽调制后实现永磁同步电机的精确控制。鲁棒预测电流控制器由模型预测电流控制和扰动补偿控制器串联连接，是一种级联式复合控制方法。本发明利用扰动补偿控制器取代传统的扰动观测器/参数估计器，消除了扰动观测/参数估计不准确对控制系统的影响。

Description

一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法
技术领域
本发明属于伺服电机的控制研究领域，涉及一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法。
背景技术
随着我国“2025智能制造”、“产业升级”、“走出去”等战略的步伐加快，工业生产领域伺服系统产品性能优化验证尤为重要。为了配合工业生产的性能需求，伺服电机的控制系统必须经受得起苛刻的运行条件，包括频繁正反转、高加减速、大范围负载急剧变化等。在永磁同步电机伺服系统领域，提高永磁同步电机伺服系统的性能的策略研究，已经成为永磁同步电机伺服系统的未来发展趋势。
近年来，永磁同步电机预测电流控制方法已经成为研究热点，然而，在电机实际的运行中，永磁同步电机驱动系统存在着不可避免的干扰和参数变化。预测电流控制系统的稳定性和鲁棒性容易受参数变化和模型不确定性的影响。在高速运行时，参数变化引起的不确定性更为严重。为了解决这些问题，许多专家学者提出了参数估计器和扰动观测器对系统的参数和外部扰动进行补偿，但是控制系统的性能容易受到估计/观测的准确性的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，以消除扰动观测/参数估计不准确对控制系统的影响。
本发明提供一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，包括如下步骤：
步骤1：在永磁同步电机的伺服控制系统中，通过电流传感器实时采集三相输出电流，并通过速度传感器实时提取电机的转子位置和实时转速；
步骤2：将三相输出电流，经过Clark变换，得到电机α-β静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；再通过park变换得到实时d轴电流分量和实时q轴电流分量；
步骤3：将永磁同步电机期望转速与实时转速进行作差，得到的差值输入PI速度调节器中，得到在d-q同步旋转坐标系下的电机期望的d轴电流分量和q轴电流分量；
步骤4：建立模型预测电流控制器和滑模控制器，以构成永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制器，并输入期望的d轴电流分量、期望的q轴电流分量、实时转速、实时d轴电流分量和实时q轴电流分量，获得d轴电压分量和q轴电压分量；
步骤5：将级联式鲁棒预测电流控制器获得的电机的d轴电压分量和q轴电压分量通过park逆变换得到α轴和β轴的电压分量，α轴和β轴的电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号；
步骤6：根据六路脉冲信号的不同对逆变器的开通和关断进行判断，将永磁同步电机的直流母线电压逆变后，得到电机所需的三相交流电压，从而实现永磁同步电机的精确控制。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4包括：
步骤4.1：建立永磁同步电机在d-q同步旋转坐标系下的电流方程；
步骤4.2：运用1阶欧拉法将电流方程离散化，得到永磁同步电机的离散状态空间函数；
步骤4.3：不考虑d轴和q轴的扰动项，根据离散状态空间函数获得电流增量式预测模型；
步骤4.4：由离散状态空间函数和电流增量式预测模型，推导出预测时域内的预测方程；
步骤4.5：引入反馈校正方式，对预测方程的预测输出值进行更新；
步骤4.6：在预测时域内，为了实现最优控制，根据更新后的预测方程构造出目标函数，并对目标函数求偏导以推导出最优控制电压增量，应用滚动优化策略根据最优控制电压增量计算出模型预测的d轴电压分量和q轴电压分量；
步骤4.7：求解d轴滑模控制器，对模型预测的d轴电压分量进行扰动补偿；
步骤4.8：求解q轴滑模控制器，对模型预测的q轴电压分量进行扰动补偿。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.1中的电流方程为：
Figure BDA0002089750370000031
其中，ud为实时d轴电压分量、uq为实时q轴电压分量、id为实时d轴电流分量、iq为实时q轴电流分量；Ld、Lq分别为d轴电感、q轴电感；ωr为电角频率，Rs为定子电阻，Te、TL分别为电磁转矩、负载转矩，ψa为永磁体与定子交链磁链，ed、eq分别为d轴和q轴的扰动项；
Figure BDA0002089750370000032
其中，ΔRs＝Rsr-Rs，ΔLq＝Lqr-Lq，ΔLd＝Ldr-Ld，Δψa＝ψar-ψa，Rsr、Lqr、Ldr、ψar分别为电机工作状态时的定子电阻、q轴电感、d轴电感和永磁体与定子交链磁链，由于电机在实际运行中，各参数的变化范围是有限的，故ed、eq为有界，且|ed|≤e′d，|eq|≤e′q，e′d和e′q为正常数。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.2中的永磁同步电机的离散状态空间函数为：
Figure BDA0002089750370000041
式中：
Figure BDA0002089750370000042
Figure BDA0002089750370000043
其中，T为采样周期，yd(k)为k时刻d轴的输出变量，yq(k)为k时刻q轴的输出变量。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.3中的电流增量式预测模型为：
Figure BDA0002089750370000044
其中，
Figure BDA0002089750370000045
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.4中预测时域内的预测方程：
Figure BDA0002089750370000046
其中：
Figure BDA0002089750370000047
ΔU＝[Δu(k) Δu(k+1)…Δu(k+Mc-1)]Τ (7)
Figure BDA0002089750370000051
Figure BDA0002089750370000052
其中，
Figure BDA0002089750370000053
表示在k时刻对k+i时刻的预测输出值，i＝1,…,MP；Mp为预测时域，Mc为控制时域，ΔU表示控制电压增量。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.5中更新后的预测方程的预测输出值为：
Y＝y(k+i|k)+h(yr(k)-y(k)) (10)
其中，yr(k)为k时刻电机系统对应的实际输出值，h为可调系数。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.6具体为：
步骤4.6.1：构造目标函数为：
J＝(Rt-Y)ΤQ(Rt-Y)+ΔUΤRΔU (11)
式中，Q为预测输出值的加权矩阵，R为控制电压增量的加权矩阵，Q和R可表示为
Figure BDA0002089750370000054
α为预测输出值权系数，
Figure BDA0002089750370000055
β为控制电压增量权系数，
Figure BDA0002089750370000056
r(k)为预设值；
步骤4.6.2：令
Figure BDA0002089750370000057
推导出最优控制电压增量：
ΔU(k)＝(FTQF+R)-1FTQ(Rt-FΔI(k)) (12)
应用滚动优化策略，根据下式将最优控制电压增量的第一个元素
Figure BDA0002089750370000058
的两个变量Δu′d(k)和Δu′q(k)迭代得出模型预测的d轴电压分量u′d(k)和q轴电压分量u′q(k)，其表达式为：
Figure BDA0002089750370000059
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.7包括：
步骤4.7.1：定义d轴滑模面Sd为：
Sd＝id+fd (14)
其中，fd为d轴滑模控制器的辅助变量，
Figure BDA0002089750370000061
且fd(0)＝0；
步骤4.7.2：在不考虑扰动ed的条件下，将式(1)代入式(14)，并对d轴滑模面Sd求导可得出：
Figure BDA0002089750370000062
步骤4.7.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure BDA0002089750370000063
其中，σ1，σ2>0；m、v(m>v)均为正奇数。
步骤4.7.4：由式(15)和式(16)可得d轴滑模控制器为：
ud＝Ld(-σ1Sd-σ2Sd v/m)+u′d (17)
步骤4.7.5：考虑ed的存在，则式(15)可重写为：
Figure BDA0002089750370000065
步骤4.7.6：由式(17)和式(18)可得：
Figure BDA0002089750370000066
其中，
Figure BDA0002089750370000067
步骤4.7.7：要保证(19)是快速终端吸收引子，则需满足
Figure BDA0002089750370000068
已知|ed|≤e′d，则
Figure BDA0002089750370000071
所以，选取
Figure BDA0002089750370000072
从而保证系统的鲁棒性；
Figure BDA0002089750370000073
能够在有限时间内达到平衡状态，根据式(20计算)达到滑模面所需要的时间。
在本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法中，所述步骤4.8包括：
步骤4.8.1：定义q轴滑模面Sq为：
Sq＝iq+fq (21)
其中，fq为d轴滑模控制器的辅助变量，
Figure BDA0002089750370000074
且fq(0)＝0；
步骤4.8.2：在不考虑扰动eq的条件下，将式(1)代入式(21)，并对q轴滑模面Sq求导可得出：
Figure BDA0002089750370000075
步骤4.8.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure BDA0002089750370000076
其中，σ3，σ4>0；n、o(n>o)均为正奇数。
步骤4.8.4：由式(22)和式(23)可得q轴滑模控制器为：
uq＝Lq(-σ3Sq-σ4Sq o/n)+u′q (24)
步骤4.8.5：考虑eq的存在，则式(22)可重写为：
Figure BDA0002089750370000081
步骤4.8.6：由式(24)和式(25)可得：
Figure BDA0002089750370000082
其中，
Figure BDA0002089750370000083
步骤4.8.7：要保证(26)是快速终端吸引子，则需满足
Figure BDA0002089750370000087
已知|eq|≤e′q，则
Figure BDA0002089750370000084
所以，选取
Figure BDA0002089750370000085
从而保证系统的鲁棒性；
Figure BDA0002089750370000086
能够在有限时间内达到平衡状态，根据式(27)计算达到滑模面所需要的时间。
本发明的一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，在永磁同步电机的矢量控制的基础上设计级联式鲁棒预测电流控制器，采用模型预测控制算法设计模型预测电流控制器，得到基于理想模型的控制量u′；为了消除电机参数不确定性和外部扰动的影响，设计滑模控制器，引入合理的滑模趋近律，得出最终的系统控制输入电压u；通过反馈校正方式，实现鲁棒预测电流控制策略的闭环控制。鲁棒预测电流控制器由模型预测电流控制器和滑模控制器串联连接，是一种级联式复合控制方法。本发明中利用滑模控制器取代传统的扰动观测器/参数估计器，消除了扰动观测/参数估计不准确对控制系统的影响；在不增加控制系统的软硬件计算量的前提下，具有较高的鲁棒性和动态性能。所采用的滑模趋近律能保证系统在有限时间内达到平衡状态。该控制策略是传统模型预测控制策略的一种改进方法，其设计结构简单，易于实现，具有较高的鲁棒性和易用性。
附图说明
图1为本发明的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法的原理图；
图2为本发明的级联式鲁棒预测电流控制器的原理图；
图3为本发明的空载启动速度仿真响应曲线；
图4为本发明的变转速速度仿真响应曲线；
图5为本发明的突变负载速度仿真响应曲线。
具体实施方式
为了消除扰动观测/参数估计不准确对控制系统的影响，本发明提出了一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，该控制方法设计结构简单，易于实现，具有较高的鲁棒性和易用性。本发明对伺服系统的控制与优化具有重要意义。
如图1所示，本发明的一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，包括如下步骤：
步骤1：在永磁同步电机的伺服控制系统中，通过电流传感器实时采集三相输出电流，并通过速度传感器实时提取电机的转子位置和实时转速；
步骤2：将三相输出电流，经过Clark变换，得到电机α-β静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；再通过park变换得到实时d轴电流分量和实时q轴电流分量；
步骤3：将永磁同步电机期望转速与实时转速进行作差，得到的差值输入PI速度调节器中，得到在d-q同步旋转坐标系下的电机期望的d轴电流分量和q轴电流分量；
步骤4：建立模型预测电流控制器和滑模控制器，以构成永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制器，并输入期望的d轴电流分量、期望的q轴电流分量、实时转速、实时d轴电流分量和实时q轴电流分量，获得d轴电压分量和q轴电压分量，所述步骤4包括：
步骤4.1：建立永磁同步电机在d-q同步旋转坐标系下的电流方程；
Figure BDA0002089750370000101
其中，ud为实时d轴电压分量、uq为实时q轴电压分量、id为实时d轴电流分量、iq为实时q轴电流分量；Ld、Lq分别为d轴电感、q轴电感；ωr为电角频率，Rs为定子电阻，Te、TL分别为电磁转矩、负载转矩，ψa为永磁体与定子交链磁链，ed、eq分别为d轴和q轴的扰动项；
Figure BDA0002089750370000102
其中，ΔRs＝Rsr-Rs，ΔLq＝Lqr-Lq，ΔLd＝Ldr-Ld，Δψa＝ψar-ψa，Rsr、Lqr、Ldr、ψar分别为电机工作状态时的定子电阻、q轴电感、d轴电感和永磁体与定子交链磁链，由于电机在实际运行中，各参数的变化范围是有限的，故ed、eq为有界，且|ed|≤e′d，|eq|≤e′q，e′d和e′q为正常数。
步骤4.2：运用1阶欧拉法将电流方程离散化，得到如下永磁同步电机的离散状态空间函数：
Figure BDA0002089750370000103
式中：
Figure BDA0002089750370000104
Figure BDA0002089750370000111
其中，T为采样周期，yd(k)为k时刻d轴的输出变量，yq(k)为k时刻q轴的输出变量。
步骤4.3：不考虑d轴和q轴的扰动项，根据离散状态空间函数获得电流增量式预测模型为：
Figure BDA0002089750370000112
其中，
Figure BDA0002089750370000113
步骤4.4：由离散状态空间函数和电流增量式预测模型，推导出预测时域内的预测方程：
Figure BDA0002089750370000114
其中：
Figure BDA0002089750370000115
ΔU＝[Δu(k) Δu(k+1)…Δu(k+Mc-1)]Τ (7)
Figure BDA0002089750370000116
Figure BDA0002089750370000117
其中，
Figure BDA0002089750370000118
表示在k时刻对k+i时刻的预测输出值，i＝1,…,MP；Mp为预测时域，Mc为控制时域，ΔU表示控制电压增量。
步骤4.5：引入反馈校正方式，对预测方程的预测输出值进行更新，更新后的预测方程的预测输出值为：
Y＝y(k+i|k)+h(yr(k)-y(k)) (10)
其中，yr(k)为k时刻电机系统对应的实际输出值，h为可调系数。
步骤4.6：在预测时域内，为了实现最优控制，根据更新后的预测方程构造出目标函数，并对目标函数求偏导以推导出最优控制电压增量，应用滚动优化策略根据最优控制电压增量计算出模型预测的d轴电压分量和q轴电压分量，具体为：
步骤4.6.1：构造目标函数为：
J＝(Rt-Y)ΤQ(Rt-Y)+ΔUΤRΔU (11)
式中，Q为预测输出值的加权矩阵，R为控制电压增量的加权矩阵，Q和R可表示为
Figure BDA0002089750370000121
α为预测输出值权系数，
Figure BDA0002089750370000122
β为控制电压增量权系数，
Figure BDA0002089750370000123
r(k)为预设值；
步骤4.6.2：令推导出最优控制电压增量：
ΔU(k)＝(FTQF+R)-1FTQ(Rt-FΔI(k)) (12)
应用滚动优化策略，根据下式将最优控制电压增量的第一个元素
Figure BDA0002089750370000125
的两个变量Δu′d(k)和Δu′q(k)迭代得出模型预测的d轴电压分量u′d(k)和q轴电压分量u′q(k)，其表达式为：
Figure BDA0002089750370000126
步骤4.7：求解d轴滑模控制器，对模型预测的d轴电压分量进行扰动补偿，包括：
步骤4.7.1：定义d轴滑模面为Sd：
Sd＝id+fd (14)
其中，fd为d轴滑模控制器的辅助变量，
Figure BDA0002089750370000127
且fd(0)＝0；
步骤4.7.2：在不考虑扰动ed的条件下，将式(1)代入式(14)，并对d轴滑模面Sd求导可得出：
Figure BDA0002089750370000131
步骤4.7.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure BDA0002089750370000132
其中，σ1，σ2>0；m、v(m>v)均为正奇数。
步骤4.7.4：由式(15)和式(16)可得d轴滑模控制器为：
ud＝Ld(-σ1Sd-σ2Sd v/m)+u′d (17)
步骤4.7.5：考虑ed的存在，则式(15)可重写为：
Figure BDA0002089750370000133
步骤4.7.6：由式(17)和式(18)可得：
Figure BDA0002089750370000134
其中，
Figure BDA0002089750370000135
步骤4.7.7：要保证(19)是快速终端吸引子，则需满足
Figure BDA0002089750370000136
已知|ed|≤e′d，则
Figure BDA0002089750370000137
所以，选取
Figure BDA0002089750370000138
从而保证系统的鲁棒性，能够在有限时间内达到平衡状态，达到滑模面所需要的时间为：
Figure BDA0002089750370000139
步骤4.8：求解q轴滑模控制器，对模型预测的q轴电压分量进行扰动补偿，包括：
步骤4.8.1：定义q轴滑模面Sq为：
Sq＝iq+fq (21)
其中，fq为控制器设计的辅助变量，
Figure BDA0002089750370000141
且fq(0)＝0；
步骤4.8.2：在不考虑扰动eq的条件下，将式(1)代入式(21)，并对q轴滑模面Sq求导可得出：
Figure BDA0002089750370000142
步骤4.8.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure BDA0002089750370000143
其中，σ3，σ4>0；n、o(n>o)均为正奇数。
步骤4.8.4：由式(22)和式(23)可得q轴滑模控制器为：
uq＝Lq(-σ3Sq-σ4Sq o/n)+u′q (24)
步骤4.8.5：考虑eq的存在，则式(22)可重写为：
Figure BDA0002089750370000144
步骤4.8.6：由式(24)和式(25)可得：
Figure BDA0002089750370000145
其中，
Figure BDA0002089750370000146
步骤4.8.7：要保证(26)是快速终端吸引子，则需满足
Figure BDA0002089750370000147
已知|eq|≤e′q，则
Figure BDA0002089750370000151
所以，选取
Figure BDA0002089750370000152
从而保证系统的鲁棒性，能够在有限时间内达到平衡状态，达到滑模面所需要的时间为：
Figure BDA0002089750370000153
步骤5：将级联式鲁棒预测电流控制器获得的电机的d轴电压分量和q轴电压分量通过park逆变换得到α轴和β轴的电压分量，α轴和β轴的电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号；
步骤6：根据六路脉冲信号的不同对逆变器的开通和关断进行判断，将工业机器人用永磁同步电机的直流母线电压逆变后，得到电机所需的三相交流电压，从而实现永磁同步电机的精确控制。
本发明所提出的级联式鲁棒预测电流控制器的原理图如图2所示。为了验证所发明的级联式鲁棒预测电流控制器的控制效果，在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型进行了仿真研究。选用永磁同步电机参数为：d、q轴电感为1.2×10-3H，定子电阻Rs为2.24Ω，永磁体磁链ψa为0.175Wb，转动惯量J为0.0008kg·m2，粘滞阻尼系数B为0.001N·m·s，极对数为4。图3为本发明提出的控制方法启动转速对比仿真曲线，电机空载启动并加速至100rad/s。从响应波形可以看出，本发明所采用的控制方法的响应曲线达到给定对阶跃给定时的速度响应迅速，过渡平稳。
图5为突加减负载转速曲线，其中0～0.15s为空载运行，0.15s时刻突加负载并维持至0.3s。由仿真波形可以看出：本发明的方法对负载的突变响应迅速且平稳，具有较好的适应能力，更好的改善转速无超调且运行平稳。从图4为变转速响应对比曲线，本发明的控制方法了预测电流控制系统的抗扰性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在永磁同步电机的伺服控制系统中，通过电流传感器实时采集三相输出电流，并通过速度传感器实时提取电机的转子位置和实时转速；
步骤2：将三相输出电流，经过Clark变换，得到电机α-β静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量；再通过park变换得到实时d轴电流分量和实时q轴电流分量；
步骤3：将永磁同步电机期望转速与实时转速进行作差，得到的差值输入PI速度调节器中，得到在d-q同步旋转坐标系下的电机期望的d轴电流分量和q轴电流分量；
步骤4：建立模型预测电流控制器和滑模控制器，以构成永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制器，并输入期望的d轴电流分量、期望的q轴电流分量、实时转速、实时d轴电流分量和实时q轴电流分量，获得d轴电压分量和q轴电压分量；
步骤5：将级联式鲁棒预测电流控制器获得的电机的d轴电压分量和q轴电压分量通过park逆变换得到α轴和β轴的电压分量，α轴和β轴的电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号；
步骤6：根据六路脉冲信号的不同对逆变器的开通和关断进行判断，将永磁同步电机的直流母线电压逆变后，得到电机所需的三相交流电压，从而实现永磁同步电机的精确控制；
所述步骤4包括：
步骤4.1：建立永磁同步电机在d-q同步旋转坐标系下的电流方程；
步骤4.2：运用1阶欧拉法将电流方程离散化，得到永磁同步电机的离散状态空间函数；
步骤4.3：不考虑d轴和q轴的扰动项，根据离散状态空间函数获得电流增量式预测模型；
步骤4.4：由离散状态空间函数和电流增量式预测模型，推导出预测时域内的预测方程；
步骤4.5：引入反馈校正方式，对预测方程的预测输出值进行更新；
步骤4.6：在预测时域内，为了实现最优控制，根据更新后的预测方程构造出目标函数，并对目标函数求偏导以推导出最优控制电压增量，应用滚动优化策略根据最优控制电压增量计算出模型预测的d轴电压分量和q轴电压分量；
步骤4.7：求解d轴滑模控制器，对模型预测的d轴电压分量进行扰动补偿；
步骤4.8：求解q轴滑模控制器，对模型预测的q轴电压分量进行扰动补偿。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.1中的电流方程为：
Figure FDA0002583452740000021
其中，ud为实时d轴电压分量、uq为实时q轴电压分量、id为实时d轴电流分量、iq为实时q轴电流分量；Ld、Lq分别为d轴电感、q轴电感；ωr为电角频率，Rs为定子电阻，Te、TL分别为电磁转矩、负载转矩，ψa为永磁体与定子交链磁链，ed、eq分别为d轴和q轴的扰动项；
Figure FDA0002583452740000022
其中，ΔRs＝Rsr-Rs，ΔLq＝Lqr-Lq，ΔLd＝Ldr-Ld，Δψa＝ψar-ψa，Rsr、Lqr、Ldr、ψar分别为电机工作状态时的定子电阻、q轴电感、d轴电感和永磁体与定子交链磁链，由于电机在实际运行中，各参数的变化范围是有限的，故ed、eq为有界，且|ed|≤e′d，|eq|≤e′q，e′d和e′q为正常数。
3.如权利要求2所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.2中的永磁同步电机的离散状态空间函数为：
Figure FDA0002583452740000031
式中：
Figure FDA0002583452740000032
Figure FDA0002583452740000033
其中，T为采样周期，yd(k)为k时刻d轴的输出变量，yq(k)为k时刻q轴的输出变量。
4.如权利要求3所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.3中的电流增量式预测模型为：
Figure FDA0002583452740000034
其中，
Figure FDA0002583452740000035
5.如权利要求4所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.4中预测时域内的预测方程：
Figure FDA0002583452740000041
其中：
Figure FDA0002583452740000042
ΔU＝[Δu(k) Δu(k+1)…Δu(k+Mc-1)]T (7)
Figure FDA0002583452740000043
Figure FDA0002583452740000044
其中，
Figure FDA0002583452740000045
表示在k时刻对k+i时刻的预测输出值，i＝1,…,MP；Mp为预测时域，Mc为控制时域，ΔU表示控制电压增量。
6.如权利要求5所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.5中更新后的预测方程的预测输出值为：
Y＝y(k+i|k)+h(yr(k)-y(k)) (10)
其中，yr(k)为k时刻电机系统对应的实际输出值，h为可调系数。
7.如权利要求5所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.6具体为：
步骤4.6.1：构造目标函数为：
J＝(Rt-Y)TQ(Rt-Y)+ΔUTRΔU (11)
式中，Q为预测输出值的加权矩阵，R为控制电压增量的加权矩阵，Q和R可表示为
Figure FDA0002583452740000046
α为预测输出值权系数，
Figure FDA0002583452740000047
β为控制电压增量权系数，
Figure FDA0002583452740000048
r(k)为预设值；
步骤4.6.2：令
Figure FDA0002583452740000049
推导出最优控制电压增量：
ΔU(k)＝(FTQF+R)-1FTQ(Rt-FΔI(k)) (12)
应用滚动优化策略，根据下式将最优控制电压增量的第一个元素
Figure FDA0002583452740000051
的两个变量Δu′d(k)和Δu′q(k)迭代得出离散化后的模型预测的d轴电压分量u′d(k)和q轴电压分量u′q(k)，其表达式为：
Figure FDA0002583452740000052
8.如权利要求2所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.7包括：
步骤4.7.1：定义d轴滑模面Sd为：
Sd＝id+fd (14)
其中，fd为d轴滑模控制器的辅助变量，
Figure FDA0002583452740000053
且fd(0)＝0；
步骤4.7.2：在不考虑扰动ed的条件下，将式(1)代入式(14)，并对d轴滑模面Sd求导可得出：
Figure FDA0002583452740000054
步骤4.7.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure FDA0002583452740000055
其中，σ1，σ2>0；m、v(m>v)均为正奇数；
步骤4.7.4：由式(15)和式(16)可得d轴滑模控制器为：
ud＝Ld(-σ1Sd-σ2Sd v/m)+u′d (17)
步骤4.7.5：考虑ed的存在，则式(15)可重写为：
Figure FDA0002583452740000056
步骤4.7.6：由式(17)和式(18)可得：
Figure FDA0002583452740000061
其中，
Figure FDA0002583452740000062
步骤4.7.7：要保证(19)是快速终端吸收引子，则需满足
Figure FDA0002583452740000063
已知|ed|≤e′d，则
Figure FDA0002583452740000064
所以，选取
Figure FDA0002583452740000065
从而保证系统的鲁棒性；
Figure FDA0002583452740000066
能够在有限时间内达到平衡状态，根据式(20)计算达到滑模面所需要的时间。
9.如权利要求2所述的永磁同步电机级联式鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4.8包括：
步骤4.8.1：定义q轴滑模面Sq为：
Sq＝iq+fq (21)
其中，fq为d轴滑模控制器的辅助变量，
Figure FDA0002583452740000067
且fq(0)＝0；
步骤4.8.2：在不考虑扰动eq的条件下，将式(1)代入式(21)，并对q轴滑模面Sq求导可得出：
Figure FDA0002583452740000068
步骤4.8.3：为了保证控制系统的稳定性，抑制滑模的抖振，采用一种连续的带有快速终端吸引子的趋近方式，趋近律的表达式为：
Figure FDA0002583452740000069
其中，σ3，σ4>0；n、o(n>o)均为正奇数；
步骤4.8.4：由式(22)和式(23)可得q轴滑模控制器为：
uq＝Lq(-σ3Sq-σ4Sq o/n)+u′q (24)
步骤4.8.5：考虑eq的存在，则式(22)可重写为：
Figure FDA0002583452740000071
步骤4.8.6：由式(24)和式(25)可得：
Figure FDA0002583452740000072
其中，
Figure FDA0002583452740000073
步骤4.8.7：要保证(26)是快速终端吸引子，则需满足
Figure FDA0002583452740000074
已知|eq|≤e′q，则
Figure FDA0002583452740000075
所以，选取
Figure FDA0002583452740000076
从而保证系统的鲁棒性；
Figure FDA0002583452740000077
能够在有限时间内达到平衡状态，根据式(27)计算达到滑模面所需要的时间。
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