CN114123904A - 适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法。将定子电压在一个控制周期内的关系表达式代入连续时域电流模型并进行求解，得到离散电流预测模型和下一时刻的预测电流；将相邻两时刻的预测电流相减得到适用于永磁同步电机高速运行区的预测电流增量；根据预设的参考电流增量与预测电流增量构建成本函数，求解得到最优电压增量，并叠加得到下控制周期的最优定子电压而施加控制。本发明的电流预测结果更加准确，降低了预测电流控制在电机高速运行区的电流波动，电流跟踪性能受电机参数变化和逆变器死区效应的影响很小，并且在电机实际运行过程中电感变化对电流波动的影响同样较小。

Description

适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机控制预测方法，特别是涉及一种在电机高速运行工况下，提高电流控制控制性能的预测电流增量控制方法。
背景技术
电动汽车由于其空间和使用环境的限制，对使用的驱动电机具有更高要求。永磁同步电机因高功率密度、高效率、宽调速范围等优势成为电动汽车企业研究与应用的主要目标，如Nissan公司的Leaf以及Toyota公司的RAVE EV等。由于永磁同步电机是典型的非线性系统，相比于线性电流控制方法(如PI控制)，非线性控制方法在内置式永磁同步电机驱动中可以获得更好的控制性能，如模糊控制、滑模控制、预测控制等。其中，预测控制以控制方式灵活、多变量控制、动态响应快等优点成为一种极具发展前景的控制方法。
预测控制是一种基于模型的控制方法，已有预测控制方法多数采用简单的一阶前向欧拉离散法建立预测模型，该模型忽略一个控制周期内转子位置的变化，只适用于转速不高的场合。但是电动汽车等应用场合中的电机要求具有良好的高速性能。当电机在高速区运行时一个控制周期内转子位置变化较大，这导致用于控制的d、q轴定子电压离散值与实际值偏差较大，从而恶化预测控制的控制性能。在永磁同步电机驱动系统的实际应用中，电机参数会因为电机电流、设备温度等因素的影响而变化，这会使预测结果产生误差。另外，死区效应会使逆变器实际输出电压与参考电压之间存在误差，从而导致电流控制性能的恶化。因此现有技术缺少了一种在电机高速运行区可以提高预测精度并降低系统参数敏感性的预测控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法。
本发明所采用的技术方案是：
1)根据一个控制周期内电机转子的位置变化，建立定子电压在一个控制周期内的关系表达式；
2)对永磁同步电机的连续时域模型求解处理得到永磁同步电机的连续时域电流模型；
3)忽略永磁同步电机的定子电阻压降，将定子电压在一个控制周期内的关系表达式代入连续时域电流模型并进行求解，得到适用于永磁同步电机高速运行区的离散电流预测模型，利用离散电流预测模型处理获得下一时刻的预测电流；
4)将相邻两时刻的预测电流相减得到适用于永磁同步电机高速运行区的电流增量预测模型以及由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量；
5)将预设的参考电流增量与预测电流增量在每个控制周期末的误差平方作为评价参数，构建成本函数，利用成本函数对定子电压增量对应的定子电流增量在每个控制周期末的误差进行评估；对成本函数采用凸优化求解方法进行求解，得到使成本函数最小的定子电压增量作为最优电压增量；
6)将最优电压增量叠加到当前控制周期的定子电压上得到下一个控制周期的最优定子电压，进而施加到永磁同步电机上进行控制。
所述的参考电流增量是由预设的参考转矩(控制目标)转换获得。
所述步骤1)中，所述定子电压在一个控制周期内的关系表达式是：
Figure RE-GDA0003490805840000021
式中，ud(t)、uq(t)分别表示永磁同步电机的d轴电压、q轴电压；Ts表示控制周期；ud,k表示kTs时刻的定子电压矢量的d轴分量，uq,k分别表示kTs时刻的定子电压矢量的q轴分量，其中下标d表示d轴，下标q表示q轴，下标k表示控制周期的序数；ωr表示电机转子的旋转电角速度，k表示控制周期的序数， t表示当前时刻。
所述步骤3)中，所述的离散电流预测模型具体为：
is(k+1)＝A0(k)is(k)+B0(k)us(k)+D0(k)
Figure RE-GDA0003490805840000022
Figure RE-GDA0003490805840000023
Figure RE-GDA0003490805840000024
式中，is(k+1)表示(k+1)Ts时刻的预测电流矢量，is(k)表示kTs时刻的定子电流矢量；us(k)表示kTs时刻的定子电压矢量；A0(k)表示is(k)项的系数矩阵；B0(k) 表示us(k)项的系数矩阵；D0(k)表示反电势项系数矩阵；ωr,k表示kTs时刻的电机转子旋转电角速度，r表示与转子相关的变量的标志，k表示控制周期的序数； rs0、Ld0、Lq0和ψf0分别表示定子电阻、d轴定子电感、q轴定子电感和永磁体磁链的标称值。
所述步骤4)中，电流增量预测模型为：
Δis(k+1)＝A0(k)Δis(k)+B0(k)Δus(k)
Δis(k)＝is(k)-is(k-1)
Δus(k)＝us(k)-us(k-1)
式中，Δis(k+1)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，Δis(k) 表示(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电流增量，Δus(k)表示(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电压增量；is(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电流矢量；us(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电压矢量；A0(k)表示is(k)项的系数矩阵；B0(k)表示us(k)项的系数矩阵。
所述步骤5)中，成本函数建立为：
Figure RE-GDA0003490805840000031
Figure RE-GDA0003490805840000032
式中，Δis ref表示参考电流增量，P表示权重因子，决定电压增量的重要性； Umax与Imax分别表示永磁同步电机的电机驱动系统允许的最大电流与电压，T表示矩阵转置；Satisfy表示约束条件；Δis(k+2)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，Δus(k+1)表示kTs时刻到(k+1)Ts时刻的定子电压增量；J表示成本函数的值。
所述步骤6)中，将最优电压增量叠加到当前控制周期的定子电压上得到下一个控制周期的最优定子电压，具体为：
us opt(k+1)＝us(k)+Δus opt(k+1)
式中，us(k)表示kTs时刻的定子电压，us opt(k+1)表示(k+1)Ts时刻的最优定子电压，Δus opt(k+1)表示(k+1)Ts时刻的最优定子电压增量。
本发明方法，具有如下有益效果：
1、本发明的方法通过考虑电机转子位置在一个控制周期内的变化建立电流增量预测模型。相比于基于一阶前向欧拉近似法的传统电流预测模型，本发明的电流预测结果更加准确，降低了预测控制方法在电机高速运行区的电流波动。
2、本发明将定子电流增量作为状态量，将定子电压增量作为控制量，使得基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的电流跟踪性能受电机参数变化和逆变器死区效应的影响很小，并且在电机实际运行过程中电感变化对电流波动的影响同样较小。
附图说明
图1是本发明一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法的流程图；
图2是死区时间为3μs时的基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与预测电流增量控制方法的电流仿真波形图；
图3是电感失配时不同电机运行工况下电流增量预测模型的电流预测误差波形图；
图4是不同电机运行工况下基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与预测电流增量控制方法的d、q轴电流与a相电流实验波形图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法做出详细说明。
下面结合具体原理和情况对本发明的方法进行进一步地介绍：
一、建立永磁同步电机模型：
在以转子磁链定向的两相同步旋转坐标系中建立永磁同步电机的连续时域电压方程为：
Figure RE-GDA0003490805840000041
在式(1)中，
Figure RE-GDA0003490805840000042
其中，rs0、Ld0、Lq0和ψf0分别表示定子电阻、d轴定子电感、q轴定子电感和永磁体磁链的标称值，ωr表示电机转子旋转电角速度；As表示定子电流项的系数矩阵；Bs表示定子电压项的系数矩阵；Ds表示与反电势相关的系数矩阵； is(t)＝[id(t),iq(t)]T，其中id(t)表示定子电流在d轴上的分量，iq(t)表示定子电流在q 轴上的分量；us(t)＝[ud(t),uq(t)]T，其中ud(t)表示定子电压在d轴上的分量，uq(t) 表示定子电压在q轴上的分量；t表示时间。
对式(1)中的微分方程进行求解，得到永磁同步电机的连续时域电流模型为：
Figure RE-GDA0003490805840000043
在式(2)中，Ts表示控制周期；I表示单位矩阵。
二、建立适用于永磁同步电机系统高速运行区的离散电流预测模型：
现有预测电流控制方法多数采用一阶前向欧拉离散法建立预测模型。一阶前向欧拉离散法忽略转子位置在一个控制周期内的变化，并将指数函数线性化等效为e(t-kTs)As≈(t-kTs)As+I。将上述近似条件代入式(15)并进行离散化，可得基于一阶前向欧拉离散法的传统电流预测模型为：
is(k+1)＝Ac0(k)is(k)+Bc0(k)us(k)+Dc0(k) (3)
Figure RE-GDA0003490805840000051
在式(3)中，is(k+1)表示(k+1)Ts时刻的预测电流矢量，并且，is(k+1)＝[id,k+1,iq,k+1]T，其中，id,k+1为(k+1)Ts时刻的预测电流矢量d轴分量，iq,k+1为(k+1)Ts时刻的预测电流矢量q轴分量，其中，下标d表示d轴，下标q表示q轴，下标k+1 表示第k+1个控制周期；is(k)表示kTs时刻的定子电流矢量，并且，is(k)＝[id,k,iq,k]T，其中，id,k为kTs时刻的定子电流矢量的d轴分量，iq,k为kTs时刻的定子电流矢量的q轴分量，其中，下标k表示第k个控制周期；；us(k)表示kTs时刻的定子电压矢量，并且，us(k)＝[ud,k,uq,k]T，其中，ud,k为kTs时刻的定子电压矢量的d轴分量，uq,k为kTs时刻的定子电压矢量的q轴分量；Ac0(k)表示kTs时刻的定子电流项的系数矩阵；Bc0(k)表示kTs时刻的定子电压项的系数矩阵；Dc0(k)表示kTs时刻与反电势相关的系数矩阵；ωr,k表示kTs时刻的电机转子旋转电角速度，r表示与转子相关的变量的标志，k表示控制周期的序数。
但是当电机高速运行时，上述的等效e(t-kTs)As≈(t-kTs)As+I将不再成立，并且转子位置在一个控制周期内的变化不可忽略。本发明考虑转子位置在每个周期内的变化，将式(2)中一个控制周期内的定子电压us(t)＝[ud(t),uq(t)]T表达为：
Figure RE-GDA0003490805840000052
在式(4)中，ud,k、uq,k分别为kTs时刻的d、q轴电压，kTs≤t≤(k+1)Ts。
忽略电机定子电阻压降，并将式(4)代入式(2)，求解得到适用于永磁同步电机高速运行区的离散电流预测模型为：
is(k+1)＝A0(k)is(k)+B0(k)us(k)+D0(k) (5)
Figure RE-GDA0003490805840000061
Figure RE-GDA0003490805840000062
在式(5)中，A0(k)表示kTs时刻的定子电流项的系数矩阵；B0(k)表示kTs时刻的定子电压项的系数矩阵；D0(k)表示kTs时刻与反电势相关的系数矩阵。
相比于式(3)，式(5)考虑了每个控制周期内转子位置变化对定子电流与电压实际运行轨迹的影响，因此能更准确地反映定子电流在每个周期内的变化。但是死区效应与电机参数失配仍会造成预测误差。
三、建立适用于永磁同步电机系统高速运行区的电流增量预测模型：
死区效应造成的逆变器输出电压误差与逆变器三相开关状态和三相电流方向相关。逆变器的三相开关切换模式是固定的，并且三相电流的方向不会频繁变换，因此相邻两个控制周期内死区电压可以看作是不变的。因此，将相邻两时刻的定子电压做差可以在一定程度上消除死区造成的电压误差。在电机驱动器中，由于控制周期非常小，可以认为电机转子角速度ωr在相邻两个控制周期内是不变的。即式(5)中的A0(k)、B0(k)与D0(k)在相邻两个控制周期内是不变的。根据式(5)，将相邻两时刻的预测电流相减，即可得到适用于高速工况下的电流增量预测模型为：
Δis(k+1)＝A0(k)Δis(k)+B0(k)Δus(k) (6)
在式(6)中，Δis(k+1)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，并且，Δis(k+1)＝[Δid,k+1,Δiq,k+1]T，其中，Δid,k+1为预测电流增量的d轴分量，Δiq,k+1为预测电流增量的q轴分量；Δis(k)表示(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电流增量，即Δis(k)＝is(k)-is(k-1)，并且，Δis(k)＝[Δid,k,Δiq,k]T，其中，Δid,k为(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电流增量的d轴分量，Δiq,k为(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电流增量的q轴分量，is(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电流矢量；Δus(k)表示(k-1)Ts时刻到 kTs时刻的定子电压增量，即Δus(k)＝us(k)-us(k-1)，并且，Δus(k)＝[Δud,k,Δuq,k]T，其中，Δud,k为(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电压增量的d轴分量，Δuq,k为(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电压增量的q轴分量，us(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电压矢量。
式(6)中的电流增量预测模型中的控制量为相邻两时刻的电压增量Δus(k)，这使得电流增量预测模型可以降低逆变器死区造成的输出电压误差。对比式(5) 与式(6)可以看出，两式系数相同，具有相同的表达形式。并且式(19)消去了永磁体磁链。因此，电流增量预测模型只受电机定子电感的影响，而不受永磁体磁链影响。
四、构建成本函数：
将预设的参考电流增量与预测电流增量在每个控制周期末的误差平方作为评价指标，构建成本函数，利用成本函数对定子电压增量对应的定子电流增量在每个控制周期末的误差进行评估。考虑预测电流控制的延时补偿问题，构建的成本函数为
Figure RE-GDA0003490805840000071
式中，Δis ref表示参考电流增量；P表示权重因子，用来决定电压增量的重要性；Umax与Imax分别表示电机驱动系统允许的最大电流与电压；T表示矩阵转置； Satisfy表示约束条件；Δis(k+2)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，Δus(k+1)表示kTs时刻到(k+1)Ts时刻的定子电压增量；J表示成本函数的值。将电压增量加入成本函数中进行评估可以降低电机动态过冲，防止电机与功率开关管遭受电压、电流浪涌。
五、求解最优定子电压矢量：
将式(6)代入式(7)并进行整理，可得
Figure RE-GDA0003490805840000072
根据凸优化理论，对式(8)求关于Δus(k)的导数，可以得到成本函数J的极值条件为：
Figure RE-GDA0003490805840000073
求解式(9)，可以得到使J的值最小的最优电压增量为：
Δus opt＝[B0 TB0+P]-1B0 T[Δis ref-A0Δis(k+1)] (10)
由最优电压增量与当前控制周期的定子电压得到下一个控制周期的最优定子电压为：
us opt(k+1)＝us(k)+Δus opt(k+1) (11)
式(11)中，Δus opt表示最优的定子电压增量。
本发明的具体实施过程的控制框图如图1所示。该方法提高了电机高速运行工况下的电流预测精度，并消去了永磁体磁链在预测电流增量控制方法实现过程中的使用。
下面结合具体的仿真与实验数据、图2～图4对本发明方法进行可行性验证。
为了验证本发明的一种基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的可行性与有效性，在20kW的永磁同步电机系统中进行仿真与实验验证。电机参数如表1所示。在实验测试平台中，数字信号处理器(DSP)TMS320F28335进行方法的实现，测功机为感应电机，感应电机由西门子公司生产的S120进行控制。
表1
Figure RE-GDA0003490805840000081
一、死区效应对电流控制性能影响
为了避免参数失配的影响，本发明通过仿真验证逆变器死区分别对基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与本发明中的预测电流增量控制方法的电流控制性能的影响。仿真中，传统电流预测模型为式(3)中的电流预测模型，控制周期Ts为200μs，死区时间td设为3μs。图2给出了基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与预测电流增量控制方法在不同电机转速n与负载转矩TL下的预设的d轴电流参考值id ref、d轴电流实测值id、q轴电流参考值iq ref与q轴电流实测值iq的仿真波形。
由图2可以看出，基于传统电流预测模型的预测电流控制方法的d轴电流在n为300r/min、TL为64Nm时存在较明显跟踪误差，在其他工况下跟踪性能较好；而q轴电流在各种工况下均存在较明显的跟踪误差。基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的d、q轴电流均可以较为准确地跟踪其参考值。图2 表明本发明提出的电流增量预测模型能够抑制死区效应对电流跟踪性能的影响。
二、电感失配下电流预测误差分析
在电机实际控制过程中，电机实际电感与标称电感存在误差ΔLd与ΔLq。令Ld、Ld为电感的实际值，将Ld＝Ld0+ΔLd、Lq＝Lq0+ΔLq代入式(6)，可得电流增量预测模型考虑电感误差的预测电流增量为：
Δisp(k+1)＝Δis(k+1)+e(k+1) (12)
Figure RE-GDA0003490805840000091
在式(12)中，Δisp(k+1)表示考虑电感误差的计算得到的预测电流增量；e(k+1)表示电感失配造成的电流预测误差矢量，并且，e(k+1)＝[ed,k+1,eq,k+1]T，其中， ed,k+1为电流预测误差的d轴分量，eq,k+1为电流预测误差的q轴分量；Δis(k+1) 参考式(6)所示。
在式(13)中，ΔLd表示d轴定子电感实际值与d轴定子电感标称值之间的误差；ΔLq表示q轴定子电感实际值与q轴定子电感标称值之间的误差；ΔA(k)表示定子电流增量项的系数矩阵；ΔB(k)表示定子电压增量项的系数矩阵。
式(13)可以看出，电流预测误差(ed,k+1、eq,k+1)的幅值与符号受状态量(Δid,k、Δiq,k)、控制量(Δud,k、Δuq,k)和电机转速的影响。为了直观说明电感失配对电流增量预测模型的电流预测误差的影响，图3绘制了不同电机转速n与负载转矩TL下传统电流预测模型和电流增量预测模型在Ld与Lq分别变化20％与50％时计算的ed,k+1与eq,k+1的波形。
对于电流增量预测模型，电感失配下的ed,k+1与eq,k+1始终围绕零点上下变化，如图3所示。这种电流预测误差主要会影响d、q轴电流的波动量，而对电流跟踪性能的影响很小。另外，ed,k+1与eq,k+1围绕零点上下变化的幅度越大，对d、q 轴电流波动量的影响越大。由图3可以看出，在不同负载转矩下电流增量预测模型的ed,k+1与eq,k+1的变化幅度没有明显的变化。在轻载工况下，定子电流幅值较小，ed,k+1与eq,k+1的变化幅度相对于电流幅值较为明显，因此电感变化对电流波动的影响较大；而在重载工况下，定子电流幅值变大，ed,k+1与eq,k+1的变化幅度相对于电流幅值很小，此时相同的电感变化对电流波动的影响很小。上述分析过程在不同负载工况下设置的电感变化是一致的(ΔLd＝20％Ld0 andΔLq＝ 50％Lq0)，然而电机电感变化与d、q轴电流幅值呈正相关，即电感在轻载(电流幅值小)时的变化远小于上述设置。因此在电机实际运行过程中，电感变化对基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的电流波动影响较小。
综上所述，电感失配会影响基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的电流波动，但是影响较小，并且电感失配对基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的电流跟踪误差的影响也很小。
三、稳态性能对比
本发明在20kW的PMSM驱动系统中进行实验，对比基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的稳态性能，电机参数如表1所示。实验中，电机转速n分别为300r/min与7500r/min，两种转速下电机输出功率均为20kW。
图4给出了不同工况下基于传统电流预测模型的预测电流控制方法与基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的d轴电流参考值id ref、d轴电流实测值 id、q轴电流参考值iq ref、q轴电流实测值iq与a相电流ia的稳态实验波形。由实验波形可知，在电机运行在300r/min时，尽管电流增量预测模型忽略了定子电阻项，但是基于电流增量预测模型的预测电流控制方法电流波动并没有恶化，而当电机运行在7500r/min时，基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的d、 q电流波动均明显低于基于传统电流预测模型的预测电流控制方法。同时可以看出，基于电流增量预测模型的预测电流控制方法的id、iq可以较好地跟踪其给定值，而基于传统电流预测模型的预测电流控制方法因死区效应与参数失配的影响，其id与iq具有明显的跟踪误差。
本发明对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
1)根据一个控制周期内电机转子的位置变化，建立定子电压在一个控制周期内的关系表达式；
2)对永磁同步电机的连续时域模型求解处理得到永磁同步电机的连续时域电流模型；
3)将定子电压在一个控制周期内的关系表达式代入连续时域电流模型并进行求解，得到适用于永磁同步电机高速运行区的离散电流预测模型，利用离散电流预测模型处理获得下一时刻的预测电流；
4)将相邻两时刻的预测电流相减得到适用于永磁同步电机高速运行区的电流增量预测模型以及由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量；
5)将预设的参考电流增量与预测电流增量在每个控制周期末的误差平方作为评价参数，构建成本函数，对成本函数采用凸优化求解方法进行求解，得到使成本函数最小的定子电压增量作为最优电压增量；
6)将最优电压增量叠加到当前控制周期的定子电压上得到下一个控制周期的最优定子电压，进而施加到永磁同步电机上进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述定子电压在一个控制周期内的关系表达式是：
Figure FDA0003110738320000011
式中，ud(t)、uq(t)分别表示永磁同步电机的d轴电压、q轴电压；Ts表示控制周期；ud,k表示kTs时刻的定子电压矢量的d轴分量，uq,k分别表示kTs时刻的定子电压矢量的q轴分量，其中下标d表示d轴，下标q表示q轴，下标k表示控制周期的序数；ωr表示电机转子的旋转电角速度，k表示控制周期的序数，t表示当前时刻。
3.根据权利要求1所述的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述的离散电流预测模型具体为：
is(k+1)＝A0(k)is(k)+B0(k)us(k)+D0(k)
Figure FDA0003110738320000021
Figure FDA0003110738320000022
Figure FDA0003110738320000023
式中，is(k+1)表示(k+1)Ts时刻的预测电流矢量，is(k)表示kTs时刻的定子电流矢量；us(k)表示kTs时刻的定子电压矢量；A0(k)表示is(k)项的系数矩阵；B0(k)表示us(k)项的系数矩阵；D0(k)表示反电势项系数矩阵；ωr,k表示kTs时刻的电机转子旋转电角速度，r表示与转子相关的变量的标志，k表示控制周期的序数；rs0、Ld0、Lq0和ψf0分别表示定子电阻、d轴定子电感、q轴定子电感和永磁体磁链的标称值。
4.根据权利要求1所述的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，电流增量预测模型为：
Δis(k+1)＝A0(k)Δis(k)+B0(k)Δus(k)
Δis(k)＝is(k)-is(k-1)
Δus(k)＝us(k)-us(k-1)
式中，Δis(k+1)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，Δis(k)表示(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电流增量，Δus(k)表示(k-1)Ts时刻到kTs时刻的定子电压增量；is(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电流矢量；us(k-1)表示(k-1)Ts时刻的定子电压矢量；A0(k)表示is(k)项的系数矩阵；B0(k)表示us(k)项的系数矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，成本函数建立为：
Figure FDA0003110738320000024
Figure FDA0003110738320000025
式中，Δis ref表示参考电流增量，P表示权重因子；Umax与Imax分别表示永磁同步电机的电机驱动系统允许的最大电流与电压，T表示矩阵转置；Satisfy表示约束条件；Δis(k+2)表示由电流增量预测模型计算得到的预测电流增量，Δus(k+1)表示kTs时刻到(k+1)Ts时刻的定子电压增量；J表示成本函数的值。
6.根据权利要求1所述的一种适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法，其特征在于：所述步骤6)中，将最优电压增量叠加到当前控制周期的定子电压上得到下一个控制周期的最优定子电压，具体为：
us opt(k+1)＝us(k)+Δus opt(k+1)
式中，us(k)表示kTs时刻的定子电压，us opt(k+1)表示(k+1)Ts时刻的最优定子电压，Δus opt(k+1)表示(k+1)Ts时刻的最优定子电压增量。
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