CN112311290A - 一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器 - Google Patents

一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，滑模观测模块、3s/2r坐标变换模块和扰动观测模块串联，滑模观测模块与参考磁链计算模块串联，扰动观测模块和参考磁链计算模块一起并联轮毂电机无差拍模型预测控制模块，轮毂电机无差拍模型预测控制模块与参考电压补偿模块、逆变器非线性补偿模块、2r/2s坐标变换模块、轮毂电机控制系统串联；轮毂电机无差拍模型预测控制模块避免模型预测控制计算量过大的缺陷，参考电压补偿模块将参数失配引起的扰动补偿到参考电压中，逆变器非线性补偿模块避免由于逆变器非线性引起的参考电压和实际电压不匹配给转子的位置和速度估计带来较大的误差，滑模观测模块实现位置角度和转子速度的无传感器观测。

Description

一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器
技术领域
本发明属于电机驱动控制技术领域，特别涉及一种电动汽车用表贴式永磁同步轮毂电机控制器。
背景技术
电动汽车以其无污染、能源利用多元化和高效等显著优点呈现快速发展态势，永磁同步电机由于其高效率、高功率密度、高可靠性等优点普遍用于各类电动汽车上。表贴式永磁同步轮毂电机不同于传统的内转子电机通过传动系来带动整个电动汽车，可以完全省去传统内燃机上的离合器、变速器等一系列机械零件，将驱动、传动和制动装置都整合到轮毂内，简化了底盘结构，有着更好的空间利用率，这正是电动汽车的发展方向。
永磁同步轮毂电机的工作情况复杂，温度、湿度或其他外部原因都会导致电磁参数失配或者传感器的精准性降低甚至失效，从而影响电机的性能。并且考虑对逆变器非线性引起的电压畸变进行在线补偿，提高了永磁同步轮毂电机模型的精度。由于逆变器非线性引起的参考电压和实际电压的不匹配可能会给转子的位置和速度估计带来较大的误差，特别是在低速范围内，相对于实际电压，畸变电压可能占主导地位。因此，同时考虑参数失配问题、无传感器控制以及逆变器非线性问题，是提高电机控制鲁棒性的重要方面。
申请专利申请号为201811083677.0，名称是“一种无位置传感器的永磁同步电机复合控制系统”，在速度环控制中并联了PI调节器和重复控制器，因此整个控制系统需要对多个PI控制器的参数进行整定，实际应用中会带来很大的工作量，而且PI控制的固有缺陷将限制系统的动态特性，同时，该控制系统并未考虑到电机实时参数失配以及逆变器非线性问题对控制精度的影响。申请专利申请号为201811246084.1，名称是“一种永磁同步电机转子位置全阶滑模观测装置及方法”，针对用于永磁同步电机转子位置设计了全阶滑模观测器，考虑到低通滤波器的引入会导致相位延迟，在滑模观测器中结合了饱和函数处理模块和锁相环模块，但是该锁相环模块也会引入一定的延迟，而且并不能完全消除系统抖振和不确定的干扰来达到满意的控制性能，同时由于逆变器非线性问题没有考虑，会给转子的位置和速度估计带来较大的误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有永磁同步轮毂电机存在的由于温度、湿度或其他外部原因导致电机参数失配或者传感器的精准性降低甚至失效，从而影响电机的性能的问题，此外，考虑到逆变器非线性问题对转子的位置和速度估计带来较大误差的问题，提出一种能有效提高系统控制精度的鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器。
本发明一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器采用的技术方案是：其与轮毂电机控制系统相连接，轮毂电机控制系统的输入为两相静止坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000021
输出是三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和电压ua(k),ub(k),uc(k)，其由轮毂电机无差拍模型预测控制模块、参考电压补偿模块、逆变器非线性补偿模块、2r/2s坐标变换模块、滑模观测模块、3s/2r坐标变换模块，扰动观测模块和参考磁链计算模块组成，滑模观测模块、3s/2r坐标变换模块和扰动观测模块串联，滑模观测模块与参考磁链计算模块串联，扰动观测模块和参考磁链计算模块一起并联轮毂电机无差拍模型预测控制模块，轮毂电机无差拍模型预测控制模块与参考电压补偿模块、逆变器非线性补偿模块、2r/2s坐标变换模块、轮毂电机控制系统串联；所述的滑模观测模块以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，输出为转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000022
和角速度观测值
Figure BDA0002743018370000023
所述的3s/2r坐标变换模块以转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000024
和电压ua(k),ub(k),uc(k)作为输入，输出为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)；所述的扰动观测模块以电压ud(k),uq(k)和角速度观测值
Figure BDA0002743018370000025
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的磁链观测值
Figure BDA0002743018370000026
和扰动观测值
Figure BDA0002743018370000027
所述的参考磁链计算模块以角速度观测值
Figure BDA0002743018370000028
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure BDA0002743018370000029
所述的轮毂电机无差拍模型预测控制模块以参考磁链
Figure BDA00027430183700000210
角速度观测值
Figure BDA00027430183700000211
和磁链观测值
Figure BDA00027430183700000212
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)；所述的参考电压补偿模块以电压ud(k),uq(k)和扰动观测值
Figure BDA00027430183700000213
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA00027430183700000214
所述的逆变器非线性补偿模块以参考电压
Figure BDA00027430183700000215
电流ia(k),ib(k),ic(k)、转子位置观测值
Figure BDA00027430183700000216
和直流母线电压udc(k)作为输入，输出为补偿后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA00027430183700000217
所述的2r/2s坐标变换模块以参考电压
Figure BDA00027430183700000218
作为输入，输出为所述的参考电压
Figure BDA00027430183700000219
本发明的有益效果是：
1.通过轮毂电机无差拍模型预测控制模块，替代传统的模型预测控制系统，从而避免了模型预测控制的计算量过大的缺陷，提高控制精度和速度。
2.通过参考电压补偿模块，改善由于温升等原因导致的定子电感、电阻和永磁体磁链等电磁参数的失配导致的控制性能的下降，将参数失配引起的扰动补偿到参考电压中，提高了控制器的鲁棒性。
3.通过逆变器非线性补偿模块，避免了由于逆变器非线性引起的参考电压和实际电压的不匹配可能会给转子的位置和速度估计带来较大的误差，特别是在低速范围内，畸变电压相对于实际电压占主导地位的情况下，可以实现转子位置和速度的精确估计。
4.通过基于双曲线函数的滑模观测模块，实现对电机位置角度和转子速度的无传感器观测，从而克服了传统机械传感器造成成本增加以及驱动系统复杂等缺点。与传统的控制器相比，本发明高效直接，避免了系统延迟、抖振等缺陷。同时相比于传统的基于符号函数的滑模观测器，该观测模块避免了低通滤波器给系统带来不可避免的相位延迟和抖振问题。
5.本发明所需控制变量和输入变量均为易测变量，且只需通过模块化软件编程便能够实现该控制器的控制算法，具有可行性。
附图说明
图1是由轮毂电机无差拍模型预测控制模块1、参考电压补偿模块2、逆变器非线性补偿模块3、2r/2s坐标变换模块4、滑模观测模块6、3s/2r坐标变换模块7，扰动观测模块8和参考磁链计算模块9组成的鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器且与轮毂电机控制系统5相连接的结构框图；
图2是由畸变电压幅值计算模块31，增益系数调节模块32，畸变电压特征系数计算模块33，逆变器非线性引起的畸变电压计算模块34和畸变电压补偿模块35组成的所逆变器非线性补偿模块3的结构框图；
图3是由电压矢量脉宽调制模块51、逆变器模块52和永磁同步轮毂电机53组成的轮毂电机控制系统5的结构框图；
图4是由3s/2s坐标变换模块61和基于双曲线函数的滑模观测器62组成的滑模观测模块6的结构框图；
图5是由转速计算模块91，转速差计算模块92，PI控制模块93以及两相旋转坐标系下的参考磁链计算模块94组成的参考磁链计算模块9的结构框图。
具体实施方式
如图1所示为本发明所提出的鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其由轮毂电机无差拍模型预测控制模块1、参考电压补偿模块2、逆变器非线性补偿模块3、2r/2s坐标变换模块4、滑模观测模块6、3s/2r坐标变换模块7、扰动观测模块8和参考磁链计算模块9组成。该无传感器控制器与轮毂电机控制系统5相连接，控制轮毂电机控制系统5。
结合图2，所述的轮毂电机控制系统5由电压矢量脉宽调制模块51、逆变器模块51和永磁同步轮毂电机53依次串联组成。轮毂电机控制系统5的输入为两相静止坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000041
输出是三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和电压ua(k),ub(k),uc(k)。电压矢量脉宽调制模块51的输入为两相静止坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000042
输出是其产生的开关脉冲信号SA、SB、SC。逆变器模块52以开关脉冲信号SA、SB、SC作为输入，其输出为三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和电压ua(k),ub(k),uc(k)。永磁同步轮毂电机53以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入。
轮毂电机控制系统5的输出端分别连接逆变器非线性补偿模块3、滑模观测模块6和3s/2r坐标变换模块7的输入端，轮毂电机控制系统5输出的电流ia(k),ib(k),ic(k)分别输入到逆变器非线性补偿模块3和滑模观测模块6中，轮毂电机控制系统5输出的电压ua(k),ub(k),uc(k)输入到3s/2r坐标变换模块7中。
结合图3，所述的滑模观测模块6由3s/2s坐标变换模块61和基于双曲线函数的滑模观测器62串联组成。所述的滑模观测模块6以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，其输出为转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000043
和角速度观测值
Figure BDA0002743018370000044
3s/2s坐标变换模块61以三相静止坐标系下的基波电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，其输出为两相静止坐标系下的电流iα(k),iβ(k)。基于双曲线函数的滑模观测器62的输入为两相静止坐标系下的电流iα(k),iβ(k)，输出为转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000045
角速度观测值
Figure BDA0002743018370000046
所述的基于双曲线函数的滑模观测器62的具体描述如下：
Figure BDA0002743018370000047
Figure BDA0002743018370000051
Figure BDA0002743018370000052
Figure BDA0002743018370000053
其中：uα(k),uβ(k)为两相静止坐标系下的电压，iα(k),iβ(k)为两相静止坐标系下的电流，
Figure BDA0002743018370000054
为两相静止坐标系下的观测电流，
Figure BDA0002743018370000055
为两相静止坐标系下的反电动势，Ks为基于双曲线函数的滑模观测器6的增益矩阵，
Figure BDA0002743018370000056
为转子位置观测值，
Figure BDA0002743018370000057
为角速度观测值，
Figure BDA0002743018370000058
为设计的抗迟滞的双曲线函数，其中m为正常数，用来调节函数的边界层。
滑模观测模块6的输出端分别连接3s/2r坐标变换模块7、逆变器非线性补偿模块3、轮毂电机无差拍模型预测控制模块1、扰动观测模块8和参考磁链计算模块9的输入端，滑模观测模块6输出的转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000059
分别输入到3s/2r坐标变换模块7和逆变器非线性补偿模块3中。滑模观测模块6输出的角速度观测值
Figure BDA00027430183700000510
分别输入到轮毂电机无差拍模型预测控制模块1、扰动观测模块8和参考磁链计算模块9中。
所述的3s/2r坐标变换模块7以转子位置观测值
Figure BDA00027430183700000511
和三相静止坐标系下的电压ua(k),ub(k),uc(k)作为输入，将三相静止坐标系下的电压ua(k),ub(k),uc(k)变换为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)。3s/2r坐标变换模块7的输出端连接扰动观测模块8的输入端，将两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)输入到扰动观测模块8中。
所述的扰动观测模块8以两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)和角速度观测值
Figure BDA00027430183700000512
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的磁链观测值
Figure BDA0002743018370000061
和扰动观测值
Figure BDA0002743018370000062
Figure BDA0002743018370000063
式中：ud(k),uq(k)为两相旋转坐标系下的电压，
Figure BDA0002743018370000064
为角速度观测值，
Figure BDA0002743018370000065
为两相旋转坐标系下的磁链观测值，
Figure BDA0002743018370000066
为扰动观测值，ψf为永磁体磁链，R为定子电阻，L为表贴式永磁电机定子电感。
扰动观测模块8的输出端分别连接轮毂电机无差拍模型预测控制模块1和参考电压补偿模块2的输入端，扰动观测模块8将输出的磁链观测值
Figure BDA0002743018370000067
输入到轮毂电机无差拍模型预测控制模块1中，将扰动观测值
Figure BDA0002743018370000068
输入到参考电压补偿模块2中。
所述的参考磁链计算模块9以角速度观测值
Figure BDA0002743018370000069
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure BDA00027430183700000610
参考磁链计算模块9的输出端连接轮毂电机无差拍模型预测控制模块1的输入端，将参考磁链
Figure BDA00027430183700000611
输入到轮毂电机无差拍模型预测控制模块1中。
所述的轮毂电机无差拍模型预测控制模块1的输入包括三部分，第一部分为参考磁链计算模块9输出的两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure BDA00027430183700000612
第二部分为滑模观测模块6输出的角速度观测值
Figure BDA00027430183700000613
第三部分为扰动观测模块8输出的两相旋转坐标系下的磁链观测值
Figure BDA00027430183700000614
轮毂电机无差拍模型预测控制模块1的输出为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)，其表达式为：
Figure BDA00027430183700000615
式中，ud(k),uq(k)为两相旋转坐标系下的电压(k为离散采样指数)，
Figure BDA00027430183700000616
为两相旋转坐标系下的参考磁链，
Figure BDA00027430183700000617
为角速度观测值，
Figure BDA00027430183700000618
为两相旋转坐标系下的磁链观测值，ψf为永磁体磁链，R为定子电阻，L为表贴式永磁电机定子电感，Ts为采样周期。
轮毂电机无差拍模型预测控制模块1的输出端连接参考电压补偿模块2，将两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)输入到参考电压补偿模块2中。
所述的参考电压补偿模块2以两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)和扰动观测值
Figure BDA0002743018370000071
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000072
参考电压补偿模块2的表达式为：
Figure BDA0002743018370000073
式中：ud(k),uq(k)为两相旋转坐标系下的电压，
Figure BDA0002743018370000074
为扰动观测值，
Figure BDA0002743018370000075
为两相旋转坐标系下的参考电压。
参考电压补偿模块2的输出端连接逆变器非线性补偿模块3的输入端，两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000076
输入到逆变器非线性补偿模块3中。
所述的逆变器非线性补偿模块3以两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000077
三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)，转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000078
和直流母线电压udc(k)作为输入，其输出为补偿后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000079
逆变器非线性补偿模块3的输出端连接2r/2s坐标变换模块4的输入端，参考电压
Figure BDA00027430183700000710
输入到2r/2s坐标变换模块4中，2r/2s坐标变换模块4将参考电压
Figure BDA00027430183700000711
变换为两相静止坐标系下的参考电压
Figure BDA00027430183700000712
并输入到轮毂电机控制系统5中，作为轮毂电机控制系统5的输入。
结合图4所示，所述的参考磁链计算模块9由依次连接的转速计算模块91、转速差计算模块92、PI控制模块93以及两相旋转坐标系下的参考磁链计算模块94组成。参考磁链计算模块9以角速度观测值
Figure BDA00027430183700000713
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure BDA00027430183700000714
转速计算模块91以角速度观测值
Figure BDA00027430183700000715
作为输入，输出为转速n(k+1)，由于周期比较短，可以认为
Figure BDA00027430183700000716
Figure BDA0002743018370000081
式中：
Figure BDA0002743018370000082
为第k+1个周期的角速度观测值，n(k+1)为第k+1个周期的转速。
转速n(k+1)和参考转速nref(k+1)同时作为转速差计算模块92的输入，其输出为转速差△n(k+1)：
△n(k+1)＝nref(k+1)-n(k+1) (9)
式中：n(k+1)为第k+1个周期的转速，nref(k+1)为第k+1个周期的参考转速，△n(k+1)为转速差。
PI控制模块93以转速差△n(k+1)作为输入，其输出为两相旋转坐标系下q轴的参考电流
Figure BDA0002743018370000083
两相旋转坐标系下的参考磁链计算模块94以q轴的参考电流
Figure BDA0002743018370000084
和
Figure BDA0002743018370000085
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure BDA0002743018370000086
Figure BDA0002743018370000087
式中：
Figure BDA0002743018370000088
为两相旋转坐标系下的参考磁链，
Figure BDA0002743018370000089
为d轴的参考电流，
Figure BDA00027430183700000810
为q轴的参考电流，ψf为永磁体磁链，L为表贴式永磁电机定子电感。
结合如图5，逆变器非线性补偿模块3由畸变电压幅值计算模块31，增益系数调节模块32，畸变电压特征系数计算模块33，逆变器非线性引起的畸变电压计算模块34和畸变电压补偿模块35组成。逆变器非线性补偿模块3以两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA00027430183700000811
三相静止坐标系下的基波电流ia(k),ib(k),ic(k)，转子位置观测值
Figure BDA00027430183700000812
和直流母线电压udc(k)作为输入，其输出为补偿后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA00027430183700000813
所述的畸变电压幅值计算模块31以直流母线电压udc(k)作为输入，其输出为畸变电压幅值Vdead(k)：
Figure BDA00027430183700000814
式中：Tdead是死区时间、Ton是接通延迟、Toff是关断延迟的，Ts是采样周期，udc(k)是直流母线电压，Vdead(k)为畸变电压幅值。
增益系数调节模块32以畸变电压幅值Vdead(k)为输入，其输出为增益系数σ(k)。初始化电压阈值Vth＝0.1V，增益系数σ(k)＝0，调节因子λ＝0.0001，具体是：
(1)若|Vdead(k)|<Vth，说明逆变器非线性被补偿的很好，无需变化增益系数σ(k)；
(2)若Vdead(k)<-Vth，说明逆变器非线性被过度补偿，则增益系数σ(k)需要变小，σ(k)调节为σ(k)-λ；
(3)若Vdead>Vth，说明逆变器非线性补偿不够，则增益系数σ(k)需要变大，σ(k)调节为σ(k)+λ。
畸变电压特征系数计算模块33以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和转子位置观测值
Figure BDA0002743018370000091
作为输入，其输出为畸变电压特征系数Dd(k),Dq(k)：
Figure BDA0002743018370000092
其中：符号函数
Figure BDA0002743018370000093
ia(k),ib(k),ic(k)为三相静止坐标系下的基波电流，
Figure BDA0002743018370000094
为转子位置观测值，Dd(k),Dq(k)为畸变电压特征系数。
逆变器非线性引起的畸变电压计算模块34以畸变电压特征系数Dd(k),Dq(k)、增益系数σ(k)和畸变电压幅值Vdead(k)为输入，其输出为逆变器非线性引起的畸变电压u'd(k),u'q(k)。其表达式为：
Figure BDA0002743018370000095
式中：Dd(k),Dq(k)为畸变电压特征系数，σ(k)为增益系数和，Vdead(k)为畸变电压幅值，u'd(k),u'q(k)为逆变器非线性引起的畸变电压。
畸变电压补偿模块35以逆变器非线性引起的畸变电压u'd(k),u'q(k)和两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000101
作为输入，其输出为补偿了逆变器非线性后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure BDA0002743018370000102
其表达式为：
Figure BDA0002743018370000103
式中：u'd(k),u'q(k)为逆变器非线性引起的畸变电压，
Figure BDA0002743018370000104
为两相旋转坐标系下的参考电压，
Figure BDA0002743018370000105
为补偿了逆变器非线性后的两相旋转坐标系下的参考电压。
如图1所示，将滑模观测模块6、3s/2r坐标变换模块7和扰动观测模块8串联，再将滑模观测模块6与参考磁链计算模块9串联，接着一起并联到轮毂电机无差拍模型预测控制模块1中，得到两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)，再与参考电压补偿模块2、逆变器非线性补偿模块3、2r/2s坐标变换模块4、轮毂电机控制系统5串联，最终构成鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器。其中，轮毂电机无差拍模型预测控制模块1替代传统的模型预测控制系统，从而避免了模型预测控制的计算量过大的缺陷，提高系统的控制精度和速度。逆变器非线性补偿模块3，避免了由于逆变器非线性引起的参考电压和实际电压的不匹配可能会给转子的位置和速度估计带来较大的误差，特别是在低速范围内，畸变电压相对于实际电压占主导地位的情况下。可以实现转子位置和速度的精确估计，大大提高整个电机系统的控制精度。参考电压补偿模块2与扰动观测模块8共同作用，通过扰动观测模块8改善由于温升等原因导致的定子电感、定子电阻和永磁体磁链等电磁参数的失配导致的控制性能的下降，将参数失配引起的扰动补偿到参考电压中，提高了控制器的鲁棒性。基于双曲线函数的滑模观测模块6，实现对电机位置角度和转子速度的无传感器观测，从而克服了传统机械传感器造成成本增加以及驱动系统复杂等缺点。与传统的控制器相比，本发明高效直接，避免了系统延迟、抖振等缺陷。同时相比于传统的基于符号函数的滑模观测器，该观测模块避免了低通滤波器给系统带来不可避免的相位延迟和抖振问题，提高了系统鲁棒性。最终构成的鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器可以有效提高控制精度和改善控制结构。

Claims (8)

1.一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其与轮毂电机控制系统相连接，轮毂电机控制系统的输入为两相静止坐标系下的参考电压
Figure FDA0002743018360000011
输出是三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和电压ua(k),ub(k),uc(k)，其特征是：其由轮毂电机无差拍模型预测控制模块(1)、参考电压补偿模块(2)、逆变器非线性补偿模块(3)、2r/2s坐标变换模块(4)、滑模观测模块(6)、3s/2r坐标变换模块(7)，扰动观测模块(8)和参考磁链计算模块(9)组成，滑模观测模块(6)、3s/2r坐标变换模块(7)和扰动观测模块(8)串联，滑模观测模块(6)与参考磁链计算模块(9)串联，扰动观测模块(8)和参考磁链计算模块(9)一起并联轮毂电机无差拍模型预测控制模块(1)，轮毂电机无差拍模型预测控制模块(1)与参考电压补偿模块(2)、逆变器非线性补偿模块(3)、2r/2s坐标变换模块(4)、轮毂电机控制系统(5)串联；所述的滑模观测模块(6)以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，输出为转子位置观测值
Figure FDA0002743018360000012
和角速度观测值
Figure FDA0002743018360000013
所述的3s/2r坐标变换模块(7)以转子位置观测值
Figure FDA0002743018360000014
和电压ua(k),ub(k),uc(k)作为输入，输出为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)；所述的扰动观测模块(8)以电压ud(k),uq(k)和角速度观测值
Figure FDA0002743018360000015
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的磁链观测值
Figure FDA0002743018360000016
和扰动观测值
Figure FDA0002743018360000017
所述的参考磁链计算模块(9)以角速度观测值
Figure FDA0002743018360000018
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure FDA0002743018360000019
所述的轮毂电机无差拍模型预测控制模块(1)以参考磁链
Figure FDA00027430183600000110
角速度观测值
Figure FDA00027430183600000111
和磁链观测值
Figure FDA00027430183600000112
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)；所述的参考电压补偿模块(2)以电压ud(k),uq(k)和扰动观测值
Figure FDA00027430183600000113
作为输入，输出为两相旋转坐标系下的参考电压
Figure FDA00027430183600000114
所述的逆变器非线性补偿模块(3)以参考电压
Figure FDA00027430183600000115
电流ia(k),ib(k),ic(k)、转子位置观测值
Figure FDA00027430183600000116
和直流母线电压udc(k)作为输入，输出为补偿后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure FDA00027430183600000117
所述的2r/2s坐标变换模块(4)以参考电压
Figure FDA00027430183600000118
作为输入，输出为所述的参考电压
Figure FDA00027430183600000119
2.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的参考磁链计算模块(9)由依次连接的转速计算模块(91)、转速差计算模块(92)、PI控制模块(93)以及两相旋转坐标系下的参考磁链计算模块(94)组成，参考磁链计算模块(9)以角速度观测值
Figure FDA0002743018360000021
作为输入，其输出为两相旋转坐标系下的参考磁链
Figure FDA0002743018360000022
转速计算模块(91)以角速度观测值
Figure FDA0002743018360000023
作为输入，输出为转速n(k+1)，转速n(k+1)和参考转速nref(k+1)同时作为转速差计算模块92的输入，其输出为转速差△n(k+1)：PI控制模块(93)以转速差△n(k+1)作为输入，其输出为两相旋转坐标系下q轴的参考电流
Figure FDA0002743018360000024
所述的参考磁链
Figure FDA0002743018360000025
为
Figure FDA0002743018360000026
Figure FDA0002743018360000027
为d轴的参考电流，ψf为永磁体磁链，L为表贴式永磁电机定子电感。
3.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的逆变器非线性补偿模块(3)由畸变电压幅值计算模块(31)、增益系数调节模块(32)、畸变电压特征系数计算模块(33)、逆变器非线性引起的畸变电压计算模块(34)和畸变电压补偿模块(35)组成；变电压幅值计算模块(31)以直流母线电压udc(k)作为输入，其输出为畸变电压幅值
Figure FDA0002743018360000028
Tdead是死区时间、Ton是接通延迟、Toff是关断延迟的，Ts是采样周期，udc(k)是直流母线电压，Vdead(k)为畸变电压幅值；增益系数调节模块(32)以畸变电压幅值Vdead(k)为输入，其输出为增益系数σ(k)；畸变电压特征系数计算模块(33)以电流ia(k),ib(k),ic(k)和转子位置观测值
Figure FDA0002743018360000029
作为输入，其输出为畸变电压特征系数
Figure FDA00027430183600000210
逆变器非线性引起的畸变电压计算模块(34)以畸变电压特征系数Dd(k),Dq(k)、增益系数σ(k)和畸变电压幅值Vdead(k)为输入，其输出为逆变器非线性引起的畸变电压
Figure FDA00027430183600000211
畸变电压补偿模块(35)以逆变器非线性引起的畸变电压u'd(k),u'q(k)和参考电压
Figure FDA00027430183600000212
作为输入，其输出为补偿了逆变器非线性后的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure FDA0002743018360000031
4.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的滑模观测模块(6)由3s/2s坐标变换模块(61)和基于双曲线函数的滑模观测器(62)串联组成，滑模观测模块(6)以三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，其输出为转子位置观测值
Figure FDA0002743018360000032
和角速度观测值
Figure FDA0002743018360000033
3s/2s坐标变换模块(61)以三相静止坐标系下的基波电流ia(k),ib(k),ic(k)作为输入，其输出为两相静止坐标系下的电流iα(k),iβ(k)，基于双曲线函数的滑模观测器(62)的输入为两相静止坐标系下的电流iα(k),iβ(k)，输出为转子位置观测值
Figure FDA0002743018360000034
角速度观测值
Figure FDA0002743018360000035
Figure FDA0002743018360000036
为两相静止坐标系下的反电动势。
5.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的两相旋转坐标系下的磁链观测值
Figure FDA0002743018360000037
和扰动观测值
Figure FDA0002743018360000038
为：
Figure FDA0002743018360000039
ψf为永磁体磁链，R为定子电阻，L为表贴式永磁电机定子电感。
6.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的两相旋转坐标系下的电压ud(k),uq(k)为：
Figure FDA00027430183600000310
ψf为永磁体磁链，R为定子电阻，L为表贴式永磁电机定子电感，Ts为采样周期。
7.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的两相旋转坐标系下的参考电压
Figure FDA00027430183600000311
为
Figure FDA00027430183600000312
8.根据权利要求1所述的一种鲁棒预测永磁同步轮毂电机无传感器控制器，其特征是：所述的轮毂电机控制系统(5)由电压矢量脉宽调制模块(51)、逆变器模块(51)和永磁同步轮毂电机(53)依次串联组成，电压矢量脉宽调制模块(51)的输入为参考电压
Figure FDA0002743018360000041
输出是开关脉冲信号SA、SB、SC，逆变器模块(52)以开关脉冲信号SA、SB、SC作为输入，输出为三相静止坐标系下的电流ia(k),ib(k),ic(k)和电压ua(k),ub(k),uc(k)。
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