CN116111895B - 一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

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CN116111895B CN202310386595.8A CN202310386595A CN116111895B CN 116111895 B CN116111895 B CN 116111895B CN 202310386595 A CN202310386595 A CN 202310386595A CN 116111895 B CN116111895 B CN 116111895B
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Weichai Power Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备，该方法通过将包含转速量信息和参数失配在内的其它扰动合并至系统内外部总扰动，实现了定子电流的d、q轴解耦，并将通过扩张状态观测器获取的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值引入到解耦后的定子电流预测方程中，构建了精确的定子电流预测模型，降低了对永磁同步电机精确参数和转速信息的依赖。基于定子电流预测方程和预设电压约束条件，通过目标函数的优化求解，实现了永磁同步电机电流的精准控制。

Description

一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)具有结构简单、易于维护、高功率密度等优势，被广泛应用在新能源汽车驱动领域。
模型预测控制算法具有超高响应速度和稳态控制精度越来越多的受到永磁同步电机的控制工程师的青睐。然而，现有永磁同步电机模型预测控制技术中存在的d、q轴相互耦合，过分依赖被控对象的参数以及未利用系统内外部的扰动信息的问题，从而限制了其在工程实际中的进一步应用。
发明内容
基于此，本申请提供了一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设，目的在于解决现有技术中的存在的d、q轴相互耦合，过分依赖被控对象的参数以及未利用系统内外部的扰动信息的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种电机模型预测控制方法，应用于电机控制系统，所述方法包括：
获取当前时刻永磁同步电机的参数值；所述参数值包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值；
基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值；
基于所述参数值，以及所述包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对所述永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值；所述P为正整数；
基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量；
根据所述最优电压矢量，对所述永磁同步电机进行控制。
上述的方法，可选的，所述基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，包括：
根据所述参数值中定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数；
根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益；
基于所述d轴观测器系数增益和所述q轴观测器系数增益，对所述扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
上述的方法，可选的，所述电流预测模型的预先构建过程，包括：
基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型；
对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；
对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
上述的方法，可选的，所述包含参数失配情况下的系统内外部扰动包括包含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动和q轴系统内外部扰动，所述对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，包括：
对所述初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及所述初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；所述d轴的转速量信息中包括与定子q轴电流相关的量，所述q轴的转速量信息中包括与定子d轴电流相关的量。
一种电机模型预测控制装置，应用于电机控制系统，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取当前时刻永磁同步电机的参数值；所述电机参数包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值；
第二获取单元，用于基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值；
电流预测单元，用于基于所述参数值，以及所述包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对所述永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值；所述P为正整数；
第三获取单元，用于基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量；
控制单元，用于根据所述最优电压矢量，对所述永磁同步电机进行控制。
上述的装置，可选的，所述第二获取单元，具体用于：
根据所述参数值中定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数；
根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益；
基于所述d轴观测器系数增益和所述q轴观测器系数增益，对所述扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
上述的装置，可选的，所述电流预测单元在电流预测模型的预先构建过程时，具体用于：
基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型；
对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；
对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
上述的装置，可选的，所述包含参数失配情况下的系统内外部扰动包括包含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动和q轴系统内外部扰动，所述电流预测单元在对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，具体用于：
对所述初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及所述初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；所述d轴的转速量信息中包括与定子q轴电流相关的量，所述q轴的转速量信息中包括与定子d轴电流相关的量。
一种存储介质，所述存储介质包括存储的指令，其中，在所述指令运行时控制所述存储介质所在的设备执行如第一方面任意一项所述的电机模型预测控制方法。
一种电子设备，包括存储器，以及一个或者一个以上的指令，其中一个或者一个以上指令存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如第一方面任意一项所述的电机模型预测控制方法。
与现有技术相比，本申请包括以下优点：
本申请提供了一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备，该方法通过预先构建扩张状态观测器和构建包括转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，利用扩张状态观测器对电机控制系统进行扰动估计，从而获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，接着基于当前时刻永磁同步电机的参数值，以及包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过电流预测模型，对永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到多个预测电流值，然后基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量，最后根据最优电压矢量，对永磁同步电机进行控制。可见，本申请方案，通过将包含转速量信息和参数失配在内的其它扰动合并至系统内外部总扰动，实现了定子电流的d、q轴解耦，并将通过扩张状态观测器获取的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值引入到解耦后的定子电流预测方程中，构建了精确的定子电流预测模型，降低了对永磁同步电机精确参数和转速信息的依赖。基于定子电流预测方程和预设电压约束条件，通过目标函数的优化求解，实现了永磁同步电机电流的精准控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种电机模型预测控制方法的方法流程图；
图2为本申请提供的一种控制框图；
图3为本申请提供的一种电机模型预测控制方法的又一方法流程图；
图4为本申请提供的一种电机模型预测控制方法的又一方法流程图；
图5为本申请提供的一种六边形约束和电压约束极限圆的关系示意图；
图6为本申请提供的一种电机模型预测控制装置的结构示意图；
图7为本申请实施例公开的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本申请公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的系统、模块或单元进行区分，并非用于限定这些系统、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本申请公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
参阅图1，本申请实施例提供了一种电机模型预测控制方法，应用于电机控制系统，具体包括以下步骤：
S101、获取当前时刻永磁同步电机的参数值。
本实施例中，获取当前时刻永磁同步电机的参数值，其中，参数值包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值。定子电流值包括定子d轴电流值和定子q轴电流值，定子电流参考值包括定子d轴电流参考值和定子q轴电流参考值，定子电感值包括定子d轴电感值和定子q轴电感值。
其中，d轴为直轴，q轴为交轴。
需要说明的是，不同时刻的参数值可能不同。
优选的，本申请实施例提及的永磁同步电机可以为内嵌式永磁同步电机。
S102、基于参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用扩张状态观测器对电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
本实施例中，预先构建扩张状态观测器，利用扩张状态观测器对电机控制系统进行扰动估计。
本实施例中，预先构建的扩张状态观测器包括d轴扩张状态观测器和q轴扩张状态观测器。
其中，以d轴为例，将F d 设计为系统的扩张的状态变量，也就是设计为含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动，由此，d轴扩张状态观测器的方程如公式（1）所示：
Figure SMS_1
（1）
其中，
Figure SMS_3
，/>
Figure SMS_4
，/>
Figure SMS_5
，/>
Figure SMS_6
，/>
Figure SMS_7
为d轴系数增益，Y d 为系统d轴电流的实际值，/>
Figure SMS_8
为系统d轴电流的估计值，R s 为定子电阻，u d 为定子d轴电压，/>
Figure SMS_9
为定子d轴电流的估计值，/>
Figure SMS_2
为含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动的估计值，也就是待获取的含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动值，L d 为定子d轴电感。
对公式（1）进行整理可得公式（2）：
Figure SMS_10
（2）
同理，q轴扩张状态观测器的方程如公式（3）所示：
Figure SMS_11
（3）
其中，
Figure SMS_13
，/>
Figure SMS_14
，/>
Figure SMS_15
，/>
Figure SMS_16
，/>
Figure SMS_17
为q轴系数增益，Y q 为系统q轴电流的实际值，/>
Figure SMS_18
为系统q轴电流的估计值，R s 为定子电阻，u q 为定子q轴电压，/>
Figure SMS_19
为定子q轴电流的估计值，/>
Figure SMS_12
为含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动的估计值，也就是待获取的含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动值，L q 为定子q轴电感。
对公式（3）进行整理可得公式（4）：
Figure SMS_20
（4）
需要特别说的是，公式（1）到公式（4）中的u d 和u q 可以分别设置为：
Figure SMS_21
（5）
其中，u 0d 和u 0q 分别表示为d轴和q轴的标准电压。
忽略观测器的观测误差，将公式（5）带入公式（13）可以得到如下公式（6）：
Figure SMS_22
（6）
被控对象（即永磁同步电机）用传递函数表述为：
Figure SMS_23
（7）
通过图2示出的d轴和q轴的控制框图，i d _ref为定子d抽电流参考值，i q _ref为定子q轴电流参考值，i d 为定子d轴电流值，i q 为定子q轴电流值，分别令
Figure SMS_24
，
Figure SMS_25
，从而在基于i d _ref对i d 进行负反馈控制的过程中，可以得到u 0d ，以及基于i q _ ref对i q 进行负反馈控制过程中，可以得到u 0q 。
其中，
Figure SMS_26
为系统的控制带宽。
在得到u 0d 和u 0q 后，通过代入公式（5），得到u d 和u q ，接着基于u d 和u q ，代入至公式（1）和公式（3），即可得到
Figure SMS_27
和/>
Figure SMS_28
。
本实施中，基于参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用预先构建的扩张状态观测器对电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，具体的，基于参数值和扩张状态观测器的观测带宽，利用d轴扩张状态观测器，获取包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动值，并利用q轴扩张状态观测器，获取包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动值。
参阅图3，基于参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用扩张状态观测器对电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值的过程，具体包括以下步骤：
S301、根据参数值中的定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数。
本实施例中，获取预先构建的扩张状态观测器的观测带宽。
根据扩张状态观测器的d轴观测带宽、参数值中的定子电阻值和定子电感值，通过d轴第一增益系数计算公式和d轴第二增益系数计算公式，计算d轴的第一增益系数和第二增益系数。
其中，d轴第一增益系数计算公式如公式（8）所示：
Figure SMS_29
（8）
d轴第二增益系数计算公式如公式（9）所示：
Figure SMS_30
（9）
由此公式（8）和公式（9）可知，第一增益系数
Figure SMS_31
只跟扩张状态观测器的d轴观测带宽/>
Figure SMS_32
、定子电阻R s 和定子d轴电感有关，因此，根据参数值中的定子电阻值和定子d轴电感，以及扩张状态观测器的观测带宽，通过d轴第一增益系数计算公式和d轴第二增益系数计算公式，可以计算的得到d轴的第一增益系数和第二增益系数。
需要说明的是，
Figure SMS_33
。
同理，根据扩张状态观测器的角速度和参数值中的和定子电阻值和定子q轴电感，以及扩张状态观测器的q轴观测带宽，通过q轴第一增益系数计算公式和q轴第二增益系数计算公式，可以计算q轴的第一增益系数和第二增益系数。
其中，q轴第一增益系数计算公式如公式（10）所示：
Figure SMS_34
（10）
q轴第二增益系数计算公式如公式（11）所示：
Figure SMS_35
（11）
其中，
Figure SMS_36
。
S302、根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益。
本实施例中，根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益。
具体的，在得到d轴的第一增益系数和第二增益系数，根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，可以计算得到d轴观测器系数增益K d ，在得到q轴的第一增益系数和第二增益系数，根据q轴的第一增益系数和第二增益系数，可以计算得到q轴观测器系数增益K q 。
具体的，d轴观测器系数增益
Figure SMS_37
，q轴观测器系数增益/>
Figure SMS_38
。
S303、基于d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益，对扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
本实施例中，基于d轴观测器系数增益K d ，可得到公式（2）中的A d -K d C d 的特征多项式的根为
Figure SMS_39
，在S域的左半平面，从而保证闭环系统的稳定。
本实施例中，基于d轴观测器系数增益、q轴观测器系数增益、定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值，对预先构建的扩张状态观测器的方程进行求解，从而得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
其中，包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值包括包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动值与包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动值。
具体的，基于d轴观测器系数增益，对d轴扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动值，基于q轴观测器系数增益，对q轴扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动值。
S103、基于参数值，以及包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值。
本实施例中，预先构建包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，具体的构建过程如图4所示：
S401、基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型。
本实施例中，基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型。初始电流预测模型包括d轴初始电流预测模型和q轴初始电流预测模型。
其中，初始电流预测模型如公式（12）所示：
Figure SMS_40
（12）
其中，
Figure SMS_41
和/>
Figure SMS_42
分别表示d轴初始电流预测模型和q轴初始电流预测模型，u d 和u q 和分别表示定子d轴和q轴电压；i d 和i q 分别表示定子d轴和q轴电流；R s 和/>
Figure SMS_43
分别是定子电阻和转子磁链角速度；/>
Figure SMS_44
为转子磁链；f d 和f q 分别是定子d轴和q轴的包含参数失配情况下的系统内外部扰动，L d 和L q 和分别是定子/>
Figure SMS_45
轴和/>
Figure SMS_46
轴电感。
S402、对初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦。
本实施例中，由公式（12）可知，d轴初始电流预测模型中存在与定子q轴电流相关的量，q轴初始电流预测模型中存在与定子d轴电流相关的量，因此存在d轴和q轴之间的耦合。
本实施例中，对初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，具体的，对初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，也就是将
Figure SMS_47
和f d 合并为包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动F d ，以及对初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，也就是将/>
Figure SMS_48
和/>
Figure SMS_49
和f q 合并为包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动F q ，从而解耦后的初始电流预测模型如公式（13）所示：
Figure SMS_50
（13）
由公式（13）可知，解耦后的初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动被合并至包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动F d ，因此，解耦后的d轴初始电流预测模型中不存在与定子q轴电流相关的量，同理，解耦后的q初始电流预测模型中不存在与定子d轴电流相关的量，因此，实现了d轴电流和q轴电流之间的解耦，并且，通过合并为包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动，也无需再单独获取转速量信息，也就是无需再获取转子磁链角速度
Figure SMS_51
。
本申请实施例提供的方法中，针对d轴初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及对初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦。
S403、对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
本实施例中，对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，从而得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
其中，包含转速量信息的系统内外部总扰动的电流预测模型如公式（14）所示：
Figure SMS_52
（14）
其中，
Figure SMS_54
为状态量，/>
Figure SMS_55
为控制量，/>
Figure SMS_56
为转子磁链角速度，/>
Figure SMS_57
为输出量；/>
Figure SMS_58
；k为当前采样时刻，k+1为下一采样时刻；T s 为采样周期；/>
Figure SMS_59
，/>
Figure SMS_60
，/>
Figure SMS_53
。
本实施例中，基于参数值，以及包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息的系统内外部总扰动的电流预测模型，对永磁同步电机进行P步电流状态预测，从而得到P个预测电流值，P为正整数。
需要说明的是，预测电流值中包括待获取的定子电压值，也就是说预测电流值中包括未知量。
具体的，将参数值，以及包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，代入包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型中，实现对永磁同步电机进行P步电流状态预测，从而得到多个预测电流值。
示例性的，P步电流状态预测的过程如公式（15）所示：
Figure SMS_61
（15）
S104、基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量。
本实施例中，预设目标函数，目标函数如公式（16）所示：
Figure SMS_62
（16）
其中，J(U)为目标函数，X r 为状态的参考值，权重
Figure SMS_63
。
本实施例中，忽略与电压量无关的常数项，目标函数可以写成如公式（17）所示的形式：
Figure SMS_64
（17）
其中，M、U、V如公式（15）所示，由此可得到目标函数
Figure SMS_65
。
本实施例中，实际上控制输入电压，也就是待获取的最优电压矢量需要满足约束条||U|| 2 ≤U max ，这对应于二维平面的一个圆，可以使用正多边形近似，如图5所示（正六边形为例，n1至n6为正六边形的六条边）。
由图5可知，其线性不等式组形式为：
Figure SMS_66
。
从而可以将不等式组写成HU≤h的形式，至此，基于扰动预测的内嵌式永磁同步电机模型预测电压优化问题可以转化为如公式（18）所示的二次型约束问题：
Figure SMS_67
（18）
从而，基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，可以获取到最优电压矢量。
S105、根据最优电压矢量，对永磁同步电机进行控制。
本实施例中，根据最优电压矢量，对永磁同步电机进行控制，也就是将最优电压矢量输入至永磁同步电机中，实现对永磁同步电机的控制。
本申请实施例提供的电机模型预测控制方法中，通过将包含转速量信息和参数失配在内的其它扰动合并至系统内外部总扰动，实现了定子电流的d、q轴解耦，并将通过扩张状态观测器获取的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值引入到解耦后的定子电流预测方程中，构建了精确的定子电流预测模型，降低了对永磁同步电机精确参数和转速信息的依赖。基于定子电流预测方程和预设电压约束条件，通过目标函数的优化求解，实现了永磁同步电机电流的精准控制。
需要说明的是，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。
应当理解，本申请公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本申请公开的范围在此方面不受限制。
与图1所述的方法相对应，本申请实施例还提供了一种电机模型预测控制装置，用于对图1中方法的具体实现，其结构示意图如图6所示，具体包括：
第一获取单元601，用于获取当前时刻永磁同步电机的参数值；所述参数值包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值；
第二获取单元602，用于基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值；
电流预测单元603，用于基于所述参数值，以及所述包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对所述永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值；所述P为正整数；
第三获取单元604，用于基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量；
控制单元605，用于根据所述最优电压矢量，对所述永磁同步电机进行控制。
本申请实施例提供的永磁同步电机的控制装置，通过将包含转速量信息和参数失配在内的其它扰动合并至系统内外部总扰动，实现了定子电流的d、q轴解耦，并将通过扩张状态观测器获取的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值引入到解耦后的定子电流预测方程中，构建了精确的定子电流预测模型，降低了对永磁同步电机精确参数和转速信息的依赖。基于定子电流预测方程和预设电压约束条件，通过目标函数的优化求解，实现了永磁同步电机电流的精准控制。
在本申请的一个实施例中，基于前述方案，第二获取单元602，具体用于：
根据所述参数值中定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数；
根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益；
基于所述d轴观测器系数增益和所述q轴观测器系数增益，对所述扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
在本申请的一个实施例中，基于前述方案，电流预测单元603在电流预测模型的预先构建过程时，具体用于：
基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型；
对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；
对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
在本申请的一个实施例中，基于前述方案，包含参数失配情况下的系统内外部扰动包括包含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动和q轴系统内外部扰动，所述电流预测单元603在对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，具体用于：
对所述初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及所述初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；所述d轴的转速量信息中包括与定子q轴电流相关的量，所述q轴的转速量信息中包括与定子d轴电流相关的量。
本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的指令，其中，在指令运行时控制存储介质所在的设备执行上述电机模型预测控制方法。
本申请实施例还提供了一种电子设备，其结构示意图如图7所示，具体包括存储器701，以及一个或者一个以上的指令702，其中一个或者一个以上指令702存储于存储器701中，且经配置以由一个或者一个以上处理器703执行所述一个或者一个以上指令702执行上述电机模型预测控制方法。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种电机模型预测控制方法、装置、存储介质及电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种电机模型预测控制方法，其特征在于，应用于电机控制系统，所述方法包括：
获取当前时刻永磁同步电机的参数值；所述参数值包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值；
基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值；
基于所述参数值，以及所述包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对所述永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值；所述P为正整数；所述电流预测模型为
Figure QLYQS_4
，其中，/>
Figure QLYQS_5
，/>
Figure QLYQS_6
，
Figure QLYQS_7
，k为当前采样时刻，k+1为下一采样时刻；T s 为采样周期；L d 和L q 和分别是定子
Figure QLYQS_8
轴和/>
Figure QLYQS_9
轴电感，/>
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为状态量，/>
Figure QLYQS_1
为控制量，/>
Figure QLYQS_2
为输出量；/>
Figure QLYQS_3
；i d 和i q 分别表示定子d轴和q轴电流，u d 和u q 和分别表示定子d轴和q轴电压，F q 为包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动，F d 为包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动；
基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量；其中，所述预测电流值为包含未知量的表达式；所述目标函数为
Figure QLYQS_12
，所述预设电压约束条件为HU≤h，其中，/>
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，
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Figure QLYQS_21
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Figure QLYQS_22
；
根据所述最优电压矢量，对所述永磁同步电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，包括：
根据所述参数值中定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数；
根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益；
基于所述d轴观测器系数增益和所述q轴观测器系数增益，对所述扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流预测模型的预先构建过程，包括：
基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型；
对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；
对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述包含参数失配情况下的系统内外部扰动包括包含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动和q轴系统内外部扰动，所述对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，包括：
对所述初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及所述初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；所述d轴的转速量信息中包括与定子q轴电流相关的量，所述q轴的转速量信息中包括与定子d轴电流相关的量。
5.一种电机模型预测控制装置，其特征在于，应用于电机控制系统，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取当前时刻永磁同步电机的参数值；所述参数值包括定子电流值、定子电流参考值、定子电阻值和定子电感值；
第二获取单元，用于基于所述参数值和预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，利用所述扩张状态观测器对所述电机控制系统进行扰动估计，获取包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值；
电流预测单元，用于基于所述参数值，以及所述包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值，通过预先构建的包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型，对所述永磁同步电机进行P步电流状态预测，得到P个预测电流值；所述P为正整数；所述电流预测模型为
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；i d 和i q 分别表示定子d轴和q轴电流，u d 和u q 和分别表示定子d轴和q轴电压，F q 为包含转速量信息和参数失配在内的q轴系统内外部总扰动，F d 为包含转速量信息和参数失配在内的d轴系统内外部总扰动；
第三获取单元，用于基于各个预测电流值和预设电压约束条件，通过目标函数，获取最优电压矢量；其中，所述预测电流值为包含未知量的表达式；所述目标函数为
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，所述预设电压约束条件为HU≤h，其中，/>
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控制单元，用于根据所述最优电压矢量，对所述永磁同步电机进行控制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元，具体用于：
根据所述参数值中定子电阻值和定子电感值，以及预先构建的扩张状态观测器的观测带宽，分别计算d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数；
根据d轴的第一增益系数和第二增益系数，以及q轴的第一增益系数和第二增益系数，得到d轴观测器系数增益和q轴观测器系数增益；
基于所述d轴观测器系数增益和所述q轴观测器系数增益，对所述扩张状态观测器的方程进行求解，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动值。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流预测单元在电流预测模型的预先构建过程时，具体用于：
基于原始电流预测模型和包含参数失配情况下的系统内外部扰动，构建初始电流预测模型；
对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；
对解耦后的初始电流预测模型进行离散化，得到包含转速量信息和参数失配在内的系统内外部总扰动的电流预测模型。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述包含参数失配情况下的系统内外部扰动包括包含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动和q轴系统内外部扰动，所述电流预测单元在对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦，具体用于：
对所述初始电流预测模型中d轴的转速量信息和含参数失配情况下的d轴系统内外部扰动进行合并处理，以及所述初始电流预测模型中q轴的转速量信息和含参数失配情况下的q轴系统内外部扰动进行合并处理，以实现对所述初始电流预测模型进行d轴和q轴的解耦；所述d轴的转速量信息中包括与定子q轴电流相关的量，所述q轴的转速量信息中包括与定子d轴电流相关的量。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的指令，其中，在所述指令运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至4任意一项所述的电机模型预测控制方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器，以及一个或者一个以上的指令，其中一个或者一个以上指令存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行如权利要求1至4任意一项所述的电机模型预测控制方法。
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