CN113809960B - 无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法 - Google Patents

无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法，利用后向欧拉离散公式对机械运动方程进行处理，在一个控制周期内将候选电压矢量与速度的预测值联系在一起；利用增量模型预测控制的思想，消除了速度预测模型和交轴电流预测模型中的负载转矩项，因此无需设计负载转矩观测器来获得负载转矩值，无需增加可调参数，降低了控制系统的复杂度；仅在价值函数中增加交轴电流的误差跟踪项即可限制电流。

Description

无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，具体涉及无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法。
背景技术
永磁材料是指一经磁化即能保持恒定磁性的材料。目前常用的永磁材料主要有铁氧体、稀土钴、汝铁硼。永磁材料特别是具有高磁能积、高矫顽磁力、低廉价格的汝铁硼永磁材料的发展，使得永磁电机的价格更加低廉、体积更加小巧、性能更加优越。永磁电机主要有无刷直流电机和永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)两类。无刷直流电机采用方波电流驱动，永磁同步电机采用正弦波电流驱动。
永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高以及电机的形状和尺寸灵活多样等显著优点，现已广泛应用于电动汽车、工业传动、风力发电、航空航天等众多领域。随着永磁同步电动机的广泛应用，高性能的永磁同步电动机驱动控制策略也备受关注。模型预测控制是预测控制的一种，是20世纪70年代在工程应用中发展起来的一种控制算法。模型预测控制具有概念直观、易于建模、无复杂的控制参数设计等优点。近年来，随着微处理器技术的快速发展，模型预测控制在电力电子变换和交流调速系统中得到了广泛的应用。
模型预测直接速度控制策略自2013年由Matthias Preindl教授提出以来，由于其控制结构简单、动态响应快而受到国内外学者的广泛关注。模型预测直接速度控制为了消除级联形式的控制结构，需要获得下一个采样时刻的转子电角速度预测值，这就需要对电动机的机械运动方程进行离散化处理，而电动机的机械运动方程中包含负载转矩项。虽然构建观测器能够辨识出电动机负载转矩，但是构建观测器需要进行复杂的设计以及稳定性证明，同时观测器包含多个可调参数，这就使得参数调整变得繁琐。
此外，在模型预测直接速度控制中，为了将候选电压矢量与转速的预测值在一个控制周期内联系在一起，常用的方法是近似替代法，该方法虽然能够使用候选电压矢量来预测未来时刻的转速值，但是忽略了近似替代对转速预测值的影响。同时，由于模型预测直接速度控制仅有一个控制环路，所以需要对电流进行限制，以防止电动机在突加减负载和变速等工况下发生过流现象。
发明内容
本发明的目的是提供无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法，解决了永磁同步电动机模型预测直接速度控制策略中需要构造负载转矩观测器的问题。
本发明所采用的技术方案是，无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立永磁同步电动机数学模型，并利用后向欧拉离散公式得到转速的预测模型；
步骤2、利用增量型模型预测控制的思想，得到不包含负载转矩项的速度预测模型；
步骤3、建立包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数；
步骤4、基于无差拍预测控制思想和增量型模型预测控制的思想，得到q轴电流给定值的公式；
步骤5、根据q轴电流给定值的公式和步骤3得到的价值函数，确定控制逆变器的参数，实现对永磁同步电动机模型预测速度控制。
本发明的特点还在于：
进一步的，步骤1具体过程为：永磁同步电动机的数学模型如式(1)～式(3)所示：
Figure BDA0003240043340000031
Figure BDA0003240043340000032
Figure BDA0003240043340000033
式中：Ls为定子电感；Rs为定子电阻；ωre为转子电角速度；TL为负载转矩；ψf为转子永磁体磁链；id为定子电流d轴电流分量；iq为定子电流q轴电流分量；ud为定子电压d轴电压分量；uq为定子电压q轴电压分量；pn为永磁同步电机极对数；B为粘滞摩擦系数；J为转动惯量；
将式(1)～式(3)利用前向欧拉离散公式进行离散化，得到永磁同步电动机离散数学模型：
Figure BDA0003240043340000034
Figure BDA0003240043340000035
Figure BDA0003240043340000036
采用后向欧拉离散公式对式(3)进行离散化处理可得：
Figure BDA0003240043340000041
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为(k+1)T时刻的定子电流d、q轴分量，ωre(k+1)是(k+1)T时刻转子电角速度的预测值，id(k)、iq(k)分别为k T时刻定子电流d、q轴分量的反馈值，Ts为电气量采样时间；ud(k)和uq(k)分别为k T时刻电压d、q轴分量；ωre(k)为k T时刻电角速度的反馈值；Tsω为机械量采样时间。
进一步的，步骤2具体过程为：
根据式(7)可知，在k T时刻，可得：
Figure BDA0003240043340000042
由于控制系统的控制周期非常短，则负载转矩在一个控制周期内近似恒定，即：
Figure BDA0003240043340000043
用式(7)减去式(8)可得不包含负载转矩项的速度预测模型：
Figure BDA0003240043340000044
进一步的，步骤3具体过程为：
在传统的预测速度价值函数的基础上加入q轴电流误差项，得到包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数，具体表示为：
Figure BDA0003240043340000045
式中：λd为d轴电流权重系数；λq为q轴电流权重系数；
Figure BDA0003240043340000046
和
Figure BDA0003240043340000047
分别为定子电流d、q轴分量的给定值。
进一步的，步骤4具体过程为：
采用后向欧拉离散化方法对式(3)进行离散得：
Figure BDA0003240043340000051
在k T时刻，式(12)改写为：
Figure BDA0003240043340000052
根据无差拍预测控制思想，令
Figure BDA0003240043340000053
Figure BDA0003240043340000054
联立式(12)和式(13)，得q轴电流给定值的计算公式：
Figure BDA0003240043340000055
进一步的，步骤5具体过程为：
将q轴电流给定值
Figure BDA0003240043340000056
转子电角速度给定值
Figure BDA0003240043340000057
d轴电流给定值
Figure BDA0003240043340000058
T时刻定子电流q轴分量的预测值iq(k+1)、(k+1)T时刻转子电角速度的预测值ωre(k+1)、(k+1)T时刻定子电流d轴分量的预测值id(k+1)代入步骤3得到的价值函数，选择使价值函数最小的电压矢量作用于逆变器。
本发明的有益效果是：
(1)、本发明预测速度控制方法中，在一个控制周期将速度的预测值与候选电压矢量联系在一起，与传统策略中使用近似替代法相比，减小了速度预测误差；
(2)、本发明预测速度控制方法中，利用增量模型预测控制来消去速度预测模型和交轴电流预测模型中的负载转矩项，因此在整个控制结构中不需要设计负载转矩观测器来观测负载转矩，这样就能避免引入可调参数；
(3)、本发明中结合用于永磁同步电动机模型预测直接速度控制的价值函数，在价值函数中加入交轴电流的跟踪误差来限制电流，使得永磁同步电动机在起动、变速等工况下不会出现过流现象。
附图说明
图1是本发明无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法中控制系统的原理图；
图2是本发明无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法的流程图；
图3是本发明实施例中转速波形图；
图4是本发明实施例中定子相电流波形图；
图5是本发明实施例中直轴电流波形图；
图6是本发明实施例中交轴电流波形图。
图中，1.三相逆变器，2.永磁同步电动机，3.电流检测电路，4.增量式光电编码器，5.Clark变换模块，6.Park变换模块，7.速度与电流预测模型，8.价值函数，9.信号发生器模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
模型预测直接速度控制存在如下问题：首先是该方法需要使用负载转矩观测器来观测负载转矩，而设计负载转矩观测器会引入较多可调参数；其次是采用近似替代法获得速度预测模型会产生误差；最后是电流限制较为复杂。本发明公开的无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测直接速度控制，能够有效解决以上问题。本发明的主要特点有利用后向欧拉离散公式对机械运动方程进行处理，在一个控制周期内将候选电压矢量与速度的预测值联系在一起；利用增量模型预测控制的思想，消除了速度预测模型和交轴电流预测模型中的负载转矩项，因此无需设计负载转矩观测器来获得负载转矩值，无需增加可调参数，降低了控制系统的复杂度；仅在价值函数中增加交轴电流的误差跟踪项即可限制电流。
如图1所示，本发明无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法采用的控制系统如下：
包括信号检测电路、主电路和控制电路。主电路包括三相逆变器1和永磁同步电动机2，三相逆变器1主要用于驱动永磁同步电动机2；信号检测电路包括电流检测电路3和增量式光电编码器4，主要用于检测永磁同步电动机2的电流和转子位置信号；控制电路包括Clark变换模块5、Park变换模块6、速度与电流预测模型7、价值函数8和信号发生器模块9，主要用于对信号检测电路得到的信号进行控制，得到控制主电路的控制信号。
其中，控制电路将电流检测电路3检测永磁同步电动机2后得到的两相电流ia和ib经过Clark变换模块5处理后得到iα(k)和iβ(k)；增量式光电编码器4检测永磁同步电动机2的转子位置角θ，求导和处理后得到当前时刻电动机电角速度ωre(k)和(k-1)T时刻电动机电角速度ωre(k-1)；iα(k)、iβ(k)和θ经过Park变换模块6处理后得到当前时刻两相旋转坐标系下的直轴和交轴电流反馈值id(k)和iq(k)；id(k)、iq(k)、ωre(k)、ωre(k-1)、
Figure BDA0003240043340000071
和备选电压矢量经过转速与电流预测模型7可以得到
Figure BDA0003240043340000072
iq(k+1)、ωre(k+1)和id(k+1)；
Figure BDA0003240043340000073
Figure BDA0003240043340000074
Figure BDA0003240043340000075
iq(k+1)、ωre(k+1)和id(k+1)通过价值函数8得到使得价值函数最小的备选电压矢量作为最优电压矢量；最优电压矢量再经过信号发生器模块9可得到三相逆变器1的开关序列，用以控制永磁同步电动机3。
本发明无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
永磁同步电动机的数学模型如式(1)～式(3)所示：
Figure BDA0003240043340000081
Figure BDA0003240043340000082
Figure BDA0003240043340000083
式中：Ls为定子电感；Rs为定子电阻；ωre为转子电角速度；TL为负载转矩；ψf为转子永磁体磁链；id为定子电流d轴电流分量；iq为定子电流q轴电流分量；ud为定子电压d轴电压分量；uq为定子电压q轴电压分量；pn为永磁同步电机极对数；B为粘滞摩擦系数；J为转动惯量；
将式(1)～式(3)利用前向欧拉离散公式进行离散化，得到永磁同步电动机离散数学模型：
Figure BDA0003240043340000084
Figure BDA0003240043340000085
Figure BDA0003240043340000086
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为(k+1)T时刻的定子电流d、q轴分量，ωre(k+1)是(k+1)T时刻转子电角速度的预测值，id(k)、iq(k)分别为k T时刻定子电流d、q轴分量的反馈值，Ts为电气量采样时间；ud(k)和uq(k)分别为k T时刻电压d、q轴分量；ωre(k)为k T时刻电角速度的反馈值；Tsω为机械量采样时间，由于控制系统中电气量的采样时间远小于机械量的采样时间，可令Tsω＝NTs，N常取为10。
从式(4)和式(5)可以看出，逆变器电压矢量直接影响着d、q轴电流的预测值id(k+1)和iq(k+1)，而与转子电角速度的预测值ωre(k+1)无直接的联系。为了将候选电压矢量与转子电角速度的预测联系起来，本发明专利采用了一种后向欧拉离散化方法来解决这个问题。
采用后向欧拉离散公式对式(3)进行离散化处理可得：
Figure BDA0003240043340000091
由公式(5)可以得到q轴电流的预测值iq(k+1)，将q轴电流的预测值iq(k+1)与当前时刻转子电角速度ωre(k)一起代入式(7)所示的离散机械运动方程即可得到转子电角速度的预测值ωre(k+1)。从式(5)和式(7)可以看出，本发明采用的无负载转矩观测器的模型预测直接速度控制在一个预测时域内将候选电压矢量与(k+1)T时刻的转子电角速度的预测值联系在一起，使得转子的电角速度预测值受候选电压矢量的影响，这样既符合理论基础，也与实际相符合。
根据式(7)可知，在k T时刻，可得：
Figure BDA0003240043340000092
从式(7)中可以看出，(k+1)T时刻转子电角速度的预测值不仅与(k+1)T时刻定子电流q轴分量的预测值iq(k+1)和当前转子电角速度ωre(k)有关，还与负载转矩相关。考虑到采用负载转矩观测器会增加控制系统的复杂度以及参数调节的难度，而采用机械式的负载转矩传感器则会增加电机成本。为此，本发明采用一种增量模型预测控制，使得转子电角速度的预测模型中不包含负载转矩项，从而省略负载转矩观测器或机械式负载转矩传感器。由于控制系统的采样时间非常短，可认为负载转矩在采样时间内恒定，即：
Figure BDA0003240043340000101
用式(7)减去式(8)可得不包含负载转矩项的速度预测模型：
Figure BDA0003240043340000102
由式(10)可知，增量模型预测直接速度控制的预测模型中不包含负载转矩项，该预测模型包含kT时刻定子电流q轴分量iq(k)和转子电角速度ωre(k)、(k-1)T时刻的转子电角速度ωre(k-1)和(k+1)T时刻的定子电流q轴分量预测值iq(k+1)。
为了将电动机定子电流限制在安全范围之内，建立一个新的价值函数。在此价值函数中，不仅包含转子电角速度的跟踪误差，还包含定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差；
模型预测直接速度控制策略通过价值函数直接从候选电压矢量中选择使得价值函数值最小的电压矢量作为最优电压矢量，为了将定子电流限制在安全范围之内，构造出一个新的价值函数，具体表示为：
Figure BDA0003240043340000103
式中：λd为d轴电流权重系数；λq为q轴电流权重系数；
Figure BDA0003240043340000107
和
Figure BDA0003240043340000108
分别为定子电流d、q轴分量的给定值。
从式(11)中可以看出，该价值函数中不仅包含转子电角速度的跟踪误差，还包含定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差。表贴式永磁同步电动机采用id＝0就能取得很好的控制效果，通过对
Figure BDA0003240043340000104
进行限制，可使定子电流q轴分量跟随
Figure BDA0003240043340000105
而变化，从而达到对电流限幅的目的。
从式(11)中可以看出，想要通过最小化价值函数得到最优电压矢量，就必须知道每个候选电压矢量对应的价值函数值，
Figure BDA0003240043340000106
为转子电角速度的给定值，由使用者确定；采用id＝0控制时，式(11)中
Figure BDA0003240043340000111
ωre(k+1)、id(k+1)和iq(k+1)分别通过式(10)、式(4)和式(5)得到；λq和λq为可调参数。所以还需要得到
Figure BDA0003240043340000112
才能得到价值函数值以选出最优电压矢量。为了得到定子电流q轴分量的给定值
Figure BDA0003240043340000113
可采用无差拍预测控制来获得定子电流q轴分量的给定值
Figure BDA0003240043340000114
采用后向欧拉离散化方法对永磁同步电动机机械运动方程进行离散得：
Figure BDA0003240043340000115
在k T时刻，式(12)改写为：
Figure BDA0003240043340000116
根据无差拍预测控制思想，令
Figure BDA0003240043340000117
Figure BDA0003240043340000118
联立式(12)和式(13)，得q轴电流给定值的计算公式：
Figure BDA0003240043340000119
由式(14)可以看出，交轴电流的给定值计算公式中不包含负载转矩值，因此无需构造负载转矩观测器来观测负载转矩。
将q轴电流给定值
Figure BDA00032400433400001110
转子电角速度给定值
Figure BDA00032400433400001111
d轴电流给定值
Figure BDA00032400433400001112
T时刻定子电流q轴分量的预测值iq(k+1)、(k+1)T时刻转子电角速度的预测值ωre(k+1)、(k+1)T时刻定子电流d轴分量的预测值id(k+1)代入步骤3得到的价值函数，选择使价值函数最小的电压矢量作用于逆变器。
逆变器共有7种开关状态，对应7个电压矢量(6个有效矢量和1个零矢量)，每一个电压矢量都对应一组iq(k+1)、ωre(k+1)、id(k+1)，也即对应一个价值函数值。
所以共有7个价值函数值，选择其中最小的一个值，去找到对应的电压矢量作用于逆变器。
实施例
对本发明的无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法进行仿真验证：
该控制策略利用后向欧拉离散公式将转速的预测值与候选电压矢量相关联，并设计了一种新的价值函数来限制永磁同步电动机定子电流，最后利用增量模型预测控制消除了速度预测模型和交轴电流给定值计算公式中的负载转矩项，避免了设计负载转矩观测器来观测负载转矩。为了验证本发明中控制方法不需要设计负载转矩观测器也能有效控制永磁同步电动机，在MATLAB/Simulink中搭建了本发明控制系统的仿真模型，仿真结果如图3、图4、图5、图6所示。
仿真模型采用S-function Builder功能模块和C语言编程实现，采样频率均为10kHz。在仿真模型中，永磁同步电动机参数设置为：永磁体磁链为0.253Wb、定子电感为21.73mH、额定电压为560V、额定电流为4.4A、定子电阻为2.725Ω、额定转速为2430(r/min)、极对数为4、转子惯量为0.0011(kg·m2)、粘滞摩擦系数为0.001、额定负载转矩为9.6(N·m)；仿真中λd＝14、λq＝14、N＝10。
永磁同步电动机工况为永磁同步电动机给定转速2430r/min空载起动，在0.1s时突加额定负载9.6N·m，在0.2s时电动机给定转速由2430r/min突变为-2430r/min，在0.3s时电动机给定转速由-2430r/min突变为2430r/min，在0.5s时突减负载转矩至0N·m，在0.6s时电动机给定转速由2430r/min突变为500r/min。仿真结果如图3、图4、图5、图6所示，其中图3为转速波形、图4为定子相电流波形、图5为直轴电流波形、图6为交轴电流波形。
从图3可以看出，电机以给定额定转速2430r/min空载启动，约10ms达到转速给定值；0.1s突加额定负载9.6N·m，转速跌落约为30r/min，转速调节时间约为2ms；0.2s电机给定转速由2430r/min突变为-2430r/min，电机开始反转，转速调节时间约为15ms；0.3s时电机给定转速由-2430r/min突变为2430r/min，电机开始正转，转速调节时间约为0.1s；0.5s时突减负载转矩至0N·m，转速跌落不明显，基本保持在额定转速稳定运行；0.6s时电动机给定转速由2430r/min突变为500r/min，转速调节时间约为10ms。图3反映了电机在空载启动、突加额定负载、正反转、突减额定负载、变速的工况下都具有较好的动稳态性能，验证了无负载转矩观测器的模型预测直接速度控制策略在各种工况下都有很好的速度响应。
从图4可以看出，电机以给定额定转速2430r/min空载启动，三相电流值先增大，约10ms稳定在0值附近；0.1s突加额定负载9.6N·m，三相电流增大，电流调节时间约为2ms；0.2s电机给定转速由2430r/min突变为-2430r/min，电机开始反转，电流调节时间约为15ms；0.3s时电机给定转速由-2430r/min突变为2430r/min，电机开始正转，电流调节时间约为0.1s；0.5s时突减负载转矩至0N·m，三相电流值稳定在0值附近；0.6s时电动机给定转速由2430r/min突变为500r/min，电流调节时间约为10ms。图4反映了相电流在不同工况下都有很好的正弦度，不同负载时有相对应的三相电流值，相电流响应良好。
从图5可以看出，电机在空载启动、突加额定负载、正反转、突减额定负载、变速的工况下都可以保持直轴电流值稳定在0值附近，反映了系统能稳定运行在id＝0控制。
从图6可以看出，电机以给定额定转速2430r/min空载启动，交轴电流值先增大，约10ms稳定在0值附近；在0.1s突加额定负载9.6N·m，交轴电流增大，电流调节时间约为2ms；在0.2s电机给定转速由2430r/min突变为-2430r/min，电机开始反转，交轴电流调节时间约为15ms；0.3s时电机给定转速由-2430r/min突变为2430r/min，电机开始正转，交轴电流调节时间约为0.1s；0.5s时突减负载转矩至0N·m，交轴电流值减小，稳定在0值附近；0.6s时电动机给定转速由2430r/min突变为500r/min，交轴电流调节时间约为10ms。图6反映了电机在不同工况下都有很好的交轴电流响应，不同带载情况对应相应的交轴电流大小，并且可以对交轴电流值进行限制，与公式(3)的理论分析相一致。
根据图3、图4、图5、图6可以看出，本发明公开的无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法能够在额定转速、正反转、变速以及突加减额定负载转矩等工况下稳定运行，从而验证了本发明专利无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测直接速度控制的有效性。
通过上述方式，本发明无负载转矩观测器的永磁同步电动机模型预测速度控制方法，利用后向欧拉离散公式对机械运动方程进行处理，在一个控制周期内将候选电压矢量与速度的预测值联系在一起；利用增量模型预测控制的思想，消除了速度预测模型和交轴电流预测模型中的负载转矩项，因此无需设计负载转矩观测器来获得负载转矩值，无需增加可调参数，降低了控制系统的复杂度；仅在价值函数中增加交轴电流的误差跟踪项即可限制电流。

Claims (6)

1.无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立永磁同步电动机数学模型，并利用后向欧拉离散公式得到转速的预测模型；
步骤2、利用增量型模型预测控制的思想，得到不包含负载转矩项的速度预测模型；
步骤3、建立包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数；
步骤4、基于无差拍预测控制思想和增量型模型预测控制的思想，得到q轴电流给定值的公式；
步骤5、根据q轴电流给定值的公式和步骤3得到的价值函数，确定控制逆变器的参数，实现对永磁同步电动机模型预测速度控制。
2.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤1具体过程为：永磁同步电动机的数学模型如式(1)～式(3)所示：
Figure FDA0003240043330000011
Figure FDA0003240043330000012
Figure FDA0003240043330000013
式中：Ls为定子电感；Rs为定子电阻；ωre为转子电角速度；TL为负载转矩；ψf为转子永磁体磁链；id为定子电流d轴电流分量；iq为定子电流q轴电流分量；ud为定子电压d轴电压分量；uq为定子电压q轴电压分量；pn为永磁同步电机极对数；B为粘滞摩擦系数；J为转动惯量；
将式(1)～式(3)利用前向欧拉离散公式进行离散化，得到永磁同步电动机离散数学模型：
Figure FDA0003240043330000021
Figure FDA0003240043330000022
Figure FDA0003240043330000023
采用后向欧拉离散公式对式(3)进行离散化处理可得：
Figure FDA0003240043330000024
式中，id(k+1)、iq(k+1)分别为(k+1)T时刻的定子电流d、q轴分量，ωre(k+1)是(k+1)T时刻转子电角速度的预测值，id(k)、iq(k)分别为kT时刻定子电流d、q轴分量的反馈值，Ts为电气量采样时间；ud(k)和uq(k)分别为kT时刻电压d、q轴分量；ωre(k)为kT时刻电角速度的反馈值；Tsω为机械量采样时间。
3.根据权利要求2所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤2具体过程为：
根据式(7)可知，在kT时刻，可得：
Figure FDA0003240043330000025
由于控制系统的控制周期非常短，则负载转矩在一个控制周期内近似恒定，即：
Figure FDA0003240043330000026
用式(7)减去式(8)可得不包含负载转矩项的速度预测模型：
Figure FDA0003240043330000031
4.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤3具体过程为：
在传统的预测速度价值函数的基础上加入q轴电流误差项，得到包含转子电角速度的跟踪误差、定子电流d轴和q轴分量的跟踪误差的价值函数，具体表示为：
Figure FDA0003240043330000032
式中：λd为d轴电流权重系数；λq为q轴电流权重系数；
Figure FDA0003240043330000033
和
Figure FDA0003240043330000034
分别为定子电流d、q轴分量的给定值。
5.根据权利要求1所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤4具体过程为：
采用后向欧拉离散化方法对式(3)进行离散得：
Figure FDA0003240043330000035
在kT时刻，式(12)改写为：
Figure FDA0003240043330000036
根据无差拍预测控制思想，令
Figure FDA0003240043330000037
联立式(12)和式(13)，得q轴电流给定值的计算公式：
Figure FDA0003240043330000038
6.根据权利要求5所述无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法，其特征在于，步骤5具体过程为：
将q轴电流给定值
Figure FDA0003240043330000041
转子电角速度给定值
Figure FDA0003240043330000042
d轴电流给定值
Figure FDA0003240043330000043
(k+1)T时刻定子电流q轴分量的预测值iq(k+1)、(k+1)T时刻转子电角速度的预测值ωre(k+1)、(k+1)T时刻定子电流d轴分量的预测值id(k+1)代入步骤3得到的价值函数，选择使价值函数最小的电压矢量作用于逆变器。
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