CN112383248A - 一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，属于电力电子及电机控制领域。以采用同轴刚性连接的间接矩阵变换器‑双电机系统为对象，以双电机转矩同步性能和电流跟踪性能为主要控制目标，针对双电机系统模型预测电流控制中，价值函数权重系数依靠人工经验整定导致整定过程繁琐复杂、且容易选出错误的开关组合状态等问题，建立了双电机统一预测模型，并构造基于误差项自由分量的价值函数，提出一种可以自动匹配系统工作状态的自适应权重系数整定策略，从而有效降低系统设计的工作量和复杂度。本发明方法能够有效抑制双电机转矩同步误差，保证系统良好的转矩同步性能和电流跟踪性能。另外，本发明也可从双电机系统拓展到多电机系统。

Description

一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法

技术领域

本发明涉及一种间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，属于电力电子及电机控制领域。

背景技术

在盾构挖掘、钢铁制造、隧道建设等工业领域的应用场合中，单台电机通常难以满足重负载、高转矩等需求，需要采用多台电机进行同步驱动，双电机同轴刚性连接则是多电机控制中最广泛应用的一种。间接矩阵变换器的直流母线可以并联多个逆变级构成多电机同步驱动系统，无中间直流储能环节，可以实现能量双向流动，具有结构紧凑、集成度高等优点，在造纸纺织、石油钻采、金属轧制、航空航天等对变频器体积要求严格的工业应用中具有巨大优势。但由于电机参数的不一致性、不同工况下的内部参数变化等因素，会导致负载分配失衡，严重影响系统输出转矩的同步性能与设备安全，因此研究间接矩阵变换器-双电机系统的转矩同步性能具有十分重要的意义。同时随着微处理器的发展，模型预测电流控制(MPCC)逐渐被应用在电机驱动系统中,该方法通过变量预测和价值函数评估选取出系统最优开关组合状态，易于实现系统的多变量控制，具有良好的动态响应速度和稳态控制精度，因此适用于间接矩阵变换器-双电机转矩同步系统。价值函数的值直接决定了最优开关组合状态的选择，因而价值函数的形式和权重系数的选取是影响系统预测控制性能的关键。

传统MPCC价值函数通常采用直接对各误差项进行线性加权求和的形式。在间接矩阵变换器-双电机系统中，随着控制变量的增多，权重系数的数量也随之增加，通常采用经验整定法选取权重系数。然而，采用加权求和型价值函数和权重系数经验整定法的传统MPCC具有以下问题：(1)加权求和型价值函数中各误差项存在量纲差异，各误差项的值大小各异，当权重系数取值不合理时，可能导致系统选择错误的开关组合状态；(2)权重系数的经验整定过程繁琐复杂，当系统定义的评价指标较多时，会出现无法兼顾各个指标的问题，最终只能依赖个人经验选择；(3)当同步误差权重系数初始值覆盖范围较广，数量级较大时，整定次数会随之增加，最终只能得到同步误差权重系数的大致范围，无法确定其最优值。因此，为兼顾间接矩阵变换器驱动的双电机系统期望的转矩同步性能和电流跟踪性能的同时，能较好地匹配系统工况，寻求更为有效的价值函数形式和权重系数整定策略是目前亟需解决的难题。本发明针对以上问题，提出了一种间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种适用于间接矩阵变换器-双电机转矩同步系统的模型预测电流控制方法，其价值函数形式新颖且权重系数可在线整定，所述方法可较好地实现系统转矩同步及电流控制。

本发明采用如下技术方案：

1)间接矩阵变换器的整流级采用无零矢量的空间矢量调制策略，由整流级控制器产生PWM控制信号，从而为后续间接矩阵变换器的逆变级提供稳定可靠的直流输出电压；

2)以同轴刚性连接的两台电机驱动同一负载的双电机转矩同步系统为对象，以电机间转矩同步性能和电流跟踪性能为主要控制目标，将各台电机的电流值和电机间转矩同步误差作为状态变量，建立双电机统一预测模型；

3)输入上一时刻的状态变量和输入电压，利用双电机统一预测模型得到下一时刻的状态变量预测值作为输出，在模型预测电流控制的价值函数评估单元中，通过对加权求和型价值函数中各误差项的构成分析，着重考虑各误差的自由分量对固定分量的抵消程度，并对各误差值进行标么处理，提出一种基于误差项自由分量的价值函数；

4)针对基于误差项自由分量的价值函数中权重系数的选取，提出一种无需人为迭代比较的自适应权重系数并用于双电机转矩同步系统的模型预测电流控制过程，根据系统运行状态，通过自适应因子在线实时调节权重系数，能够在兼顾系统期望的转矩同步性能和电流跟踪性能的同时，较好地匹配系统工况。

所述步骤1)中间接矩阵变换器整流级采用的调制策略具体如下：

整流级调制策略的目的在于使直流环节电压极性为正，电压利用率最大，且电网侧为单位功率因数控制。因此，间接矩阵变换器整流级通常采用无零矢量的SVPWM调制策略。

间接矩阵变换器的整流级在单位开关周期内只使用两个有效空间矢量，即在任意时刻期望输出的相电流矢量I_ref是由所处扇区的相邻两个有效电流有效矢量合成。整流级的无零矢量SVPWM策略在单位开关周期内的两个时间段分别用t_μ与t_ν表示，对应的直流电压分别为u_μ与u_ν，对应的占空比分别为d_μ与d_ν。

在单位开关周期内间接矩阵变换器中间直流环节平均电压u_{dc_av}表达式为

式中，cosθ_in＝max{|cosθ_a|,|cosθ_b|,|cosθ_c|}；θ_a、θ_b、θ_c和u_im分别为间接矩阵变换器输入相电压的相角和幅值。

所述步骤2)中电机间转矩同步误差ε定义如下：

ε＝T_e1-T_e2

式中，T_e1和T_e2分别为两台电机的输出转矩。

所述步骤2)中，考虑延时补偿，双电机统一预测模型建立表示为(其离散状态方程)：

X(k+2)＝G(k+1)·X(k+1)+F·U(k+1)+K·D(k+1)

其中，X(k+1)＝[i_d1(k+1)i_q1(k+1)i_d2(k+1)i_q2(k+1)ε(k+1)]^T；U(k+1)＝[u_d1(k+1)u_q1(k+1)u_d2(k+1)u_q2(k+1)]^T；D(k+1)＝[T_sω_r1(k+1)ψ_f1/L₁ T_sω_r2(k+1)ψ_f2/L₂]^T。

式中，X(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的状态向量；U(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的输入向量；D(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的传递向量；G(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的双电机转矩同步系统的状态矩阵；F表示双电机转矩同步系统的输入矩阵；K表示双电机转矩同步系统的传递矩阵；i_di(k+1)和i_qi(k+1)分别表示第i台电机在(k+1)T_s时刻定子电流的d轴和q轴分量，i表示电机的序数，i＝1,2；ε(k+1)表示(k+1)T_s时刻的双电机转矩同步误差，k表示控制周期的序数；u_di(k+1)和u_qi(k+1)分别表示第i台电机在(k+1)T_s时刻定子电压的d轴和q轴分量；T_s为双电机转矩同步系统的控制周期；ω_ri(k+1)，ψ_fi和L_i分别为第i台电机在k+1时刻的转子电角速度，永磁磁链和定子电感。

所述的双电机统一预测模型是以第kT_s时刻的各台电机的电流值、双电机转矩同步误差和定子电压作为输入量，考虑延时补偿，以第(k+2)T_s时刻的各台电机的电流值和双电机转矩同步误差作为输出量。具体是以第i台电机在第kT_s时刻的定子电流d、q轴分量i_di(k)和i_qi(k)、第kT_s时刻的双电机转矩同步误差ε(k)以及第kT_s时刻的定子电压d、q轴分量u_di(k)和u_qi(k)作为输入，经过欧拉离散化处理，并考虑延时补偿，预测第i台电机在第(k+2)T_s时刻的定子电流d、q轴分量i_di(k+2)和i_qi(k+2)以及第(k+2)T_s时刻的双电机转矩同步误差ε(k+2)。

步骤3)中所述加权求和型价值函数为：

CF＝λ_d·g_d+λ_q·g_q+λ_ε·g_ε

式中，g_d、g_q和g_ε分别为d、q轴电流跟踪误差和两电机转矩同步误差；λ_d、λ_q和λ_ε分别为对应误差在价值函数中的权重系数，一般通过经验整定法得到；

和

分别为电机d轴电流、q轴电流参考值，p_i为电机i的极对数。

步骤3)中所述基于误差项自由分量的价值函数为：

式中，

分别为转矩同步误差、d轴和q轴电流跟踪误差的自适应权重系数；

分别表示对应误差的固定分量的简化形式；τ_ε、τ_di、τ_qi分别为转矩同步误差、d轴和q轴电流跟踪误差的自由分量，下标max表示各变量对应的最大值。

基于误差项自由分量的价值函数着重考虑各误差的自由分量对固定分量的抵消程度，而非关注价值函数中各项误差的总值。同时，由于对各误差值进行了标么处理，使得各误差值的变化范围相同，均介于0～1之间，从而便于后续权重系数的设计。

步骤4)中所述自适应权重系数为(以转矩同步误差的权重为例)：

式中，G_ε和λ分别为转矩同步误差的自适应因子和初始权重系数。

其中，自适应因子为

式中，ρ_lim和h分别为自适应权重因子的固定分量限制值和线性变化系数；ρ_{ε_pu}和T_N分别为转矩同步误差固定分量的标么值和电机的额定转矩。

d轴、q轴电流跟踪误差对应的自适应权重系数

和

的定义和参数选择与

同理。

所述步骤4)中，将自适应权重系数用于双电机转矩同步系统的模型预测电流控制过程具体是如下在线滚动优化的过程：

4.1)通过采样得到kT_s时刻两台电机的电流值，考虑延时补偿，将所有开关状态组合代入双电机统一预测模型，计算得到(k+2)T_s时刻两台电机d、q轴电流跟踪误差和转矩同步误差的固定分量ρ_di、ρ_qi、ρ_ε，自由分量τ_di、τ_qi、τ_ε以及固定分量简化形式

(i＝1,2)；

4.2)将各误差项的自适应权重系数和两台电机在(k+2)T_s时刻的误差分量共同代入基于误差项自由分量的价值函数中，进行在线评估；

4.3)选择能使基于误差项自由分量的价值函数值最小的一组开关状态反馈，作为两台电机的逆变级在(k+1)T_s时刻的输出；

4.4)将采样时刻后移，k＝k+1，重复上述过程。

本发明针对间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统模型预测电流控制中价值函数形式选取和权重系数整定策略两方面问题，建立双电机统一预测模型，通过分析加权求和型价值函数各误差项的构成，提出一种基于误差项自由分量和自适应权重系数的价值函数，较好匹配系统工况，从而保证系统转矩同步性能和电流跟踪性能之间的动态平衡。

本发明可应用于多电机重载驱动等工业领域，其优势是实现了对加权求和型价值函数中误差形式的重新设计，同时可以实现对权重系数的自适应调整，避免了经验整定法中人工调整权重系数的繁琐过程。兼顾双电机转矩同步系统的转矩同步性能和单台电机电流跟踪性能，并为拓展到多电机系统提供了可能性。

附图说明

图1是间接矩阵变换器-双电机系统控制结构框图；

图2是输入电压扇区划分示意图；

图3是本发明MPCC预测控制结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法做出详细说明。

间接矩阵变换器-双电机系统主要由三相交流输入电源、输入滤波器、间接矩阵变换器整流级、逆变级和两台永磁同步电机构成，其拓扑结构如图1所示。其中，整流级由6个双向开关S_mn(m＝a,b,c分别代表三相桥臂；n＝u,l分别代表上、下桥臂)组成；两个逆变级变换器与传统电压型逆变器相同，各由6个IGBT和反向恢复二极管组成。

整流级直流母线连接两个逆变级，每个逆变级驱动一台永磁同步电机。两台电机通过同轴刚性连接，采用转速、电流双闭环控制结构进行控制，控制信号通过逆变级输入，以控制电机的电流跟踪性能和转矩同步性能。电机1的速度误差经过速度调节器后，为两台电机提供相同的转矩参考信号。电流内环采用i_d＝0的矢量控制，为实现双电机转矩同步误差的闭环控制,一种常用的做法是两台电机各自采用独立的电流环控制器，然后利用一个耦合环节输出转矩同步信号，对各台电机的转矩给定值分别进行补偿，最终实现输出转矩的同步控制。本发明则借助MPCC的控制结构简单、动态响应能力快等优势，将两台电机的电流控制器整合成一个MPCC控制器，简化电流内环控制结构，实现双电机转矩同步系统的多目标控制。

为使直流环节电压极性为正，电压利用率最大，且电网侧为单位功率因数控制，间接矩阵变换器整流级通常采用无零矢量的SVPWM调制策略。为此，按照图2所示方法，根据输入相电压过零点等分输入电压区间，每个区间占π/3电角度，每一区间称为一个扇区。在单位开关周期内，整流级直流侧按照一定的占空比输出两段极性为正的相对较大的线电压。六扇区整流级的开关状态、输出直流电压和占空比如表1所示。

表1六扇区整流级的开关状态和直流电压

在单位开关周期内间接矩阵变换器中间直流环节平均电压u_{dc_av}表达式为

式中，cosθ_in＝max{|cosθ_a|,|cosθ_b|,|cosθ_c|}；θ_a、θ_b、θ_c和u_im分别为间接矩阵变换器输入相电压的相角和幅值。

在d-q轴旋转坐标系下，第i台表贴式永磁同步电机(SPMSM)的电压方程如下：

式中，i_di和i_qi、u_di和u_qi分别为定子电流和定子电压的d轴和q轴分量；R_i、L_i、ψ_fi和ω_ri分别为定子电阻、定子电感、永磁磁链和转子电角速度，其中ω_ri＝p_iω_i，ω_i为转子的机械角速度；p_i为电机的极对数；i表示电机序数，i＝1,2。

对式(2)进行欧拉离散化，得到(k+1)T_s时刻第i台电机定子电流的d轴和q轴分量的状态值为

式中，A_i＝1-T_sR_i/L_i；B_i(k)＝T_sω_ri(k)；C_i＝T_s/L_i；D_i(k)＝T_sω_ri(k)ψ_fi/L_i；T_s为系统的控制周期。

第i台电机的电磁转矩方程为

T_ei(k)＝1.5p_iψ_fii_qi(k) (4)

双电机转矩同步误差定义为

ε＝T_e1-T_e2 (5)

间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统的逆变级共有64种开关组合状态，由kT_s时刻的电流值和双电机统一预测模型可以得到(k+2)T_s时刻的d、q轴电流预测值以及转矩同步误差预测值，之后通过价值函数在线评估，选择最优的一组开关组合状态作为(k+1)T_s时刻逆变级的输出。

在间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统的MPCC中应用加权求和型价值函数，加权求和型价值函数具有如下形式：

CF＝λ_d·g_d+λ_q·g_q+λ_ε·g_ε (6)

式中，g_d、g_q和g_ε分别为d、q轴电流跟踪误差和两电机转矩同步误差；λ_d、λ_q和λ_ε分别为对应误差在价值函数中的权重系数，为便于权重系数整定，一般令λ_d＝λ_q＝1，λ_ε通过基于分支定界原理的经验整定法得到；

和

分别为电机d轴电流、q轴电流参考值。

针对采用经验整定法对加权求和型价值函数中多个权重系数进行整定存在的问题，本发明采用一种基于误差项自由分量的价值函数，并提出一种自适应权重系数在线整定策略。

本发明具体实施例，包括如下步骤：

1)将双电机转矩同步误差ε作为一个状态变量引入预测过程，将两台电机的电流控制器整合成一个MPCC控制器，简化电流内环控制结构，通过状态预测和滚动优化，实现双电机转矩同步误差的闭环控制，从而改善双电机系统的转矩同步性能。

以两台电机的d、q轴电流和转矩同步误差作为状态变量，考虑延时补偿，建立双电机统一预测模型：

X(k+2)＝G(k+1)·X(k+1)+F·U(k+1)+K·D(k+1) (8)

式中，状态向量X(k+1)＝[i_d1(k+1)i_q1(k+1)i_d2(k+1)i_q2(k+1)ε(k+1)]^T；输入向量U(k+1)＝[u_d1(k+1)u_q1(k+1)u_d2(k+1)u_q2(k+1)]^T；传递向量D(k+1)＝[D₁(k+1)D₂(k+1)]^T；

状态矩阵

输入矩阵

传递矩阵

其中，B_i(k+1)＝T_sω_ri(k+1)；D_i(k+1)＝T_sω_ri(k+1)ψ_fi/L_i；H_i＝1.5p_iψ_fi。

2)在双电机统一预测模型的基础上，分析加权求和型价值函数中各误差项的构成，得到各误差项均可分为固定分量ρ和自由分量τ两部分。ρ为价值函数中各误差的固定分量，独立于系统控制器动作，在任何开关组合状态下保持恒定；τ为价值函数中各误差的自由分量，它依赖于控制器动作，在不同开关组合状态下具有不同的值。

据此，本发明设计一个基于误差项自由分量的价值函数为：

式中，

分别为转矩同步误差、d轴和q轴电流跟踪误差的自适应权重系数；

分别表示对应误差的固定分量的简化形式，其定义具有相同的形式，以

为例，有

式中，τ_εmax为不同开关组合状态对应的转矩同步误差自由分量的最大值。

3)为兼顾双电机系统电流跟踪性能和转矩同步性能，实时匹配系统工况，本发明设计一种自适应权重系数整定策略，以转矩同步误差的权重为例，自适应权重系数为：

式中，G_ε和λ分别为转矩同步误差的自适应因子和初始权重系数。

其中，自适应因子为

式中，ρ_lim和h分别为自适应权重因子的固定分量限制值和线性变化系数；ρ_{ε_pu}和T_N分别为转矩同步误差固定分量的标么值和电机的额定转矩。

d轴、q轴电流跟踪误差对应的自适应权重系数

和

的定义和参数选择与

类似，其中，d轴电流跟踪误差的初始权重系数为1-λ，q轴电流跟踪误差的初始权重系数为λ。

单位开关周期内，控制器根据系统运行状态，通过自适应因子在线实时调节权重系数，为权重系数的设计提供了较为实用的方法。自适应权重系数在维持系统稳定运行的同时，可以提升系统的工况适应性。将在线计算得到的各误差项的自适应权重系数应用于双电机转矩同步系统的模型预测电流控制在线滚动优化过程，如图3所示，该过程可概括如下：

1)通过采样得到kT_s时刻两台电机的电流值，考虑延时补偿，将所有开关状态组合代入双电机统一预测模型，计算得到(k+2)T_s时刻两台电机d、q轴电流跟踪误差和转矩同步误差的固定分量ρ_di、ρ_qi、ρ_ε，自由分量τ_di、τ_qi、τ_ε以及固定分量简化形式

(i＝1,2)；

2)将各误差项的自适应权重系数和两台电机在(k+2)T_s时刻的误差分量共同代入基于误差项自由分量的价值函数中，进行在线评估；

3)选择能使基于误差项自由分量的价值函数值最小的一组开关状态反馈，作为两台电机的逆变级在(k+1)T_s时刻的输出；

4)将采样时刻后移，k＝k+1，重复上述过程。

综上所述，在本发明提出的间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法中，整流级采用具有单位功率因数可控性的简单调制方案，双电机和逆变级采用MPCC策略，可以实现系统电网侧和电机侧的独立控制。本发明所提出的一种基于误差项自由分量和自适应权重系数的价值函数，量化了各误差项的自由分量对固定分量的抵消程度，通过自适应因子在线调节权重系数，从而改善系统最优电压矢量组合的选择机制，同时降低了系统设计的复杂度和计算量。本发明所提MPCC策略可以在保证系统电流跟踪性能的同时，抑制转矩同步误差，提升系统的转矩同步性能，从而实现多个控制变量性能的动态平衡，并为拓展到多电机系统提供了可能性。

本发明并不局限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式具有示意性，但不具有限制性。在不脱离本发明宗旨和圈子里要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可以做出其他多种形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，适用于间接矩阵变换器驱动的双电机转矩同步系统，包括如下步骤：

1)间接矩阵变换器的整流级采用无零矢量的空间矢量调制策略，由整流级控制器产生PWM控制信号，从而为后续间接矩阵变换器的逆变级提供稳定可靠的直流输出电压；

2)以同轴刚性连接的两台电机驱动同一负载的双电机转矩同步系统为对象，以电机间转矩同步性能和电流跟踪性能为主要控制目标，将各台电机的电流值和电机间转矩同步误差ε作为状态变量，建立双电机统一预测模型；

3)输入上一时刻的状态变量和输入电压，利用双电机统一预测模型得到下一时刻的状态变量预测值作为输出，在模型预测电流控制的价值函数评估单元中，通过对加权求和型价值函数中各误差项的构成分析，着重考虑各误差的自由分量对固定分量的抵消程度，并对各误差值进行标么处理，提出一种基于误差项自由分量的价值函数；

4)针对基于误差项自由分量的价值函数中权重系数的选取，提出一种无需人为迭代比较的自适应权重系数并用于双电机转矩同步系统的模型预测电流控制过程，根据系统运行状态，通过自适应因子在线实时调节权重系数，在兼顾系统期望的转矩同步性能和电流跟踪性能的同时匹配系统工况。

2.根据权利要求1所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤1)中间接矩阵变换器的整流级采用无零矢量的空间矢量调制策略，具体为：

间接矩阵变换器整流级采用无零矢量的SVPWM调制策略以使直流环节电压极性为正，电压利用率最大，且电网侧为单位功率因数控制；

间接矩阵变换器的整流级在单位开关周期内只使用两个有效空间矢量，即在任意时刻期望输出的相电流矢量I_ref是由所处扇区的相邻两个有效电流有效矢量合成；整流级的无零矢量SVPWM策略在单位开关周期内的两个时间段分别用t_μ与t_ν表示，对应的直流电压分别为u_μ与u_ν，对应的占空比分别为d_μ与d_ν；

在单位开关周期内间接矩阵变换器中间直流环节平均电压u_{dc_av}表达式为

式中，cosθ_in＝max{|cosθ_a|,|cosθ_b|,|cosθ_c|}；θ_a、θ_b、θ_c和u_im分别为间接矩阵变换器输入相电压的相角和幅值。

3.根据权利要求1所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤2)中电机间转矩同步误差ε定义如下：

ε＝T_e1-T_e2

式中，T_e1和T_e2分别为两台电机的输出转矩。

4.根据权利要求1所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤2)中双电机统一预测模型考虑延时补偿，离散状态方程如下：

X(k+2)＝G(k+1)·X(k+1)+F·U(k+1)+K·D(k+1)

其中，X(k+1)＝[i_d1(k+1) i_q1(k+1) i_d2(k+1) i_q2(k+1) ε(k+1)]^T；U(k+1)＝[u_d1(k+1)u_q1(k+1) u_d2(k+1) u_q2(k+1)]^T；D(k+1)＝[T_sω_r1(k+1)ψ_f1/L₁ T_sω_r2(k+1)ψ_f2/L₂]^T；

式中，X(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的状态向量；U(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的输入向量；D(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的传递向量；G(k+1)表示第(k+1)T_s时刻的双电机转矩同步系统的状态矩阵；F表示双电机转矩同步系统的输入矩阵；K表示双电机转矩同步系统的传递矩阵；i_di(k+1)和i_qi(k+1)分别表示第i台电机在(k+1)T_s时刻定子电流的d轴和q轴分量，i表示电机的序数，i＝1,2；ε(k+1)表示(k+1)T_s时刻的双电机转矩同步误差，k表示控制周期的序数；u_di(k+1)和u_qi(k+1)分别表示第i台电机在(k+1)T_s时刻定子电压的d轴和q轴分量；T_s为双电机转矩同步系统的控制周期；ω_ri(k+1)，ψ_fi和L_i分别为第i台电机在k+1时刻的转子电角速度，永磁磁链和定子电感。

5.根据权利要求4所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤3)中所述加权求和型价值函数为：

CF＝λ_d·g_d+λ_q·g_q+λ_ε·g_ε

式中，g_d、g_q和g_ε分别为d、q轴电流跟踪误差和两电机转矩同步误差；λ_d、λ_q和λ_ε分别为对应误差在价值函数中的权重系数，通过经验整定法得到；

和

分别为电机d轴电流、q轴电流参考值，p_i为电机i的极对数。

6.根据权利要求1所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤3)中所述基于误差项自由分量的价值函数为：

式中，

分别为转矩同步误差、d轴和q轴电流跟踪误差的自适应权重系数；

分别表示对应误差的固定分量的简化形式；τ_ε、τ_di、τ_qi分别为转矩同步误差、d轴和q轴电流跟踪误差的自由分量。

7.根据权利要求6所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤4)中所述自适应权重系数为：

对于转矩同步误差的权重有：

式中，G_ε和λ分别为转矩同步误差的自适应因子和初始权重系数；

其中，自适应因子为

式中，ρ_lim和h分别为自适应权重因子的固定分量限制值和线性变化系数；ρ_{ε_pu}和T_N分别为转矩同步误差固定分量的标么值和电机的额定转矩；

d轴、q轴电流跟踪误差对应的自适应权重系数

和

的定义和参数选择与

同理。

8.根据权利要求1所述的一种双电机转矩同步系统模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，将自适应权重系数用于双电机转矩同步系统的模型预测电流控制过程具体是如下在线滚动优化的过程：

4.1)通过采样得到kT_s时刻两台电机的电流值，考虑延时补偿，将所有开关状态组合代入双电机统一预测模型，计算得到(k+2)T_s时刻两台电机d、q轴电流跟踪误差和转矩同步误差的固定分量ρ_di、ρ_qi、ρ_ε，自由分量τ_di、τ_qi、τ_ε以及固定分量简化形式

4.2)将各误差项的自适应权重系数和两台电机在(k+2)T_s时刻的误差分量共同代入基于误差项自由分量的价值函数中，进行在线评估；

4.3)选择能使基于误差项自由分量的价值函数值最小的一组开关状态反馈，作为两台电机的逆变级在(k+1)T_s时刻的输出；

4.4)将采样时刻后移，k＝k+1，重复上述过程。

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