本发明涉及永磁同步电机控制，具体涉及内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法及系统。
背景技术：
1、在永磁同步电机控制系统中，模型预测控制因其结构简单、动态性能好、易于处理约束问题等优势有较大应用潜力。目前模型预测控制在电机控制领域被广泛研究，但没有在工业上广泛应用。具体来说，模型预测控制对参数敏感，电机在工作时参数会发生摄动，因此会产生模型失配影响控制效果。为解决上述问题，许多学者设计了观测器算法以观测电机参数，但观测器会显著增加微处理器计算压力，增大成本。为解决模型失配和计算压力的技术问题，现有一种无参数模型预测控制方法，同时并不涉及复杂的观测器算法。但其初始参数的整定依赖额定转速，同时该方法只能用于表贴式永磁同步电机。
2、内置式永磁同步电机功率密度更大，可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，有更大的转矩密度。同时内置式永磁同步电机有更大的转子强度，适应电动汽车超高转速的工况。为此，亟需一种泛用性更强，可工作于调速系统的无参数模型预测控制方法。
技术实现思路
1、发明目的：为解决现有的技术问题，本发明提供一种内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，使其不依赖电机参数，且初始化参数不需要转速数据，能够使系统具有较强的鲁棒性，同时能够很好的应用于电机调速系统。
2、技术方案：一种内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、步骤1：对内置式永磁同步电机建立预测模型；其在同步旋转坐标系下的电流预测方程为：
4、
5、式中，id和iq为直、交轴电流；ud和uq为直、交轴电压；ld和lq为直、交轴电感；rs为定子电阻；ts为控制周期；上标p为预测值；括号内k表示当前所处的周期，k+1为下一周期；ψf为永磁体磁链；ωe为转子电角速度；
6、为消除永磁链参数的影响，通过将两个相邻时刻的电流方程做差，同时由于电气时间常数远小于机械时间常数，可以假设相邻几个周期内转速不变，得到增量式模型：
7、
8、步骤2：将预测方程中的电机参数用新变量qd和qq进行替换得到不依赖电机参数的增量式预测模型；其具体步骤为：
9、步骤2.1：设变量和将上式改写，得到：
10、
11、由于相比电压值，电阻和电流的数值都非常小，忽略方程最后一项中的电阻乘以电流，进一步简化为：
12、
13、步骤2.2：用qd、qq的估计值qdes、qqes代替qd、qq，得到估计值驱动的预测模型：
14、
15、步骤2.3：初始化变量qdes和qqes；初始化调整系数hd和hq；对预测电流与真实电流、qdes和qqes与电机真实参数之间的关系进行分析；构造如下函数以评估本发明所提出预测模型的电流预测误差和参数估计误差：
16、
17、式中hd和hq是调整系数，term1项表示电流预测值和真实值的差异，term2项表示qdes和qqes的变化量；
18、步骤2.4：进行term1项和term2项数量级归一化处理；
19、步骤3：采集转子位置信号的机械角速度、内置式永磁同步电机各相电流和电流值的参考信号；
20、步骤4：根据以上计算得到的qdes和qqes，代入电流预测方程，对三相两电平逆变器的8个开关状态[s1…s8]进行电流预测并根据代价函数进行评估；
21、步骤4.1：将当前时刻的采集数据保存在寄存器中，根据电流预测方程预测下一时刻的各开关状态的电流；
22、电流预测方程为：
23、
24、式中，id表示直轴电流；iq表示交轴电流；表示下一周期的直轴电流预测值；表示下一周期的交轴电流预测值；ud表示直轴电压；uq表示交轴电压；ld表示直轴电感；lq表示交轴电感；rs表示定子电阻；ts表示控制周期；s表示开关状态；上标p表示预测值；ωe表示转子电角速度；k表示当前所处的周期，k+1为下一周期，k-1为前一周期；
25、步骤4.2：循环步骤4.1，将开关状态s1…s8对应的电流预测值分别保存到idq1…idq8，根据代价函数计算各开关状态的代价值，保存到j1…j8，代价函数为：
26、
27、式中，j表示开关状态的代价值；表示当前周期的直轴电流预测值；表示当前周期的交轴电流预测值；表示id的参考值；表示iq的参考值；
28、步骤5：将代价值最小的对应开关状态作为最优开关状态；将最优开关状态作为控制序列送往逆变器，输出代价值最小的进而控制永磁同步电机的运行，然后返回步骤2进行下一时刻的控制。
29、进一步的，步骤2.3中初始化具体包括：
30、将qdes和qqes进行初始化，初始化公式为：
31、qdn＝ts/ldn；
32、qqn＝ts/lqn；
33、式中，qd表示电机直轴参数；qdes表示直轴电机参数的估计值；ts表示控制周期；ld表示直轴电感；qq表示电机交轴参数；qqes表示交轴电机参数的估计值；lq表示交轴电感；表示qdes的初始化值；表示qqes的初始化值；
34、将hd和hq进行初始化，初始化公式为：
35、
36、式中，in表示额定电流；hd表示电机直轴权重的调整系数；hq表示电机交轴权重的调整系数；ldn表示额定直轴电感；表示qdes的初始化值；表示qqes的初始化值；lqn表示额定交轴电感；λd表示直轴term2项的权重系数；λq表示交轴term2项的权重系数；
37、进一步的，当term1趋于0时，可以认为电流预测值无限趋近于电流真实值，当term2趋于0时，可以认为qdes和qqes与实际电机参数非常接近；控制目的转化为求函数g的最小值，对其求偏导并令导函数为0可得：
38、
39、可解得迭代公式：
40、
41、由于在k时刻不可能获得k+1时刻的预测电流，因此后退一个周期：
42、
43、进一步的，步骤2.4中归一化过程为：
44、为使电流参数，qdes和qqes的单位归一，可以改写为：
45、
46、in是额定电流，qdn＝ts/ldn，ldn是直轴额定电感，hd可按下式计算：
47、
48、同理可得hq的表达式：
49、
50、其中qqn＝ts/lqn，lqn是交轴额定电感；
51、进一步的，本发明的控制系统，只在初始化时使用电机铭牌参数，其余时刻均不涉及电机的参数。
52、进一步的，内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，一种内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制系统，其特征在于，包括：内置式永磁同步电机、编码器、电流传感器、abc/dq变换器、逆变器、电流预测控制模块和速度控制器。
53、进一步的，内置式永磁同步电机作为被控对象；编码器用于获得转子位置信号，并对该信号进行微分得到机械角速度；速度控制器根据转速参考值计算id、iq的参考值；电流传感器用于采集内置式永磁同步电机三相电流；abc/dq变换器用于对采集电流的输出变换；电流预测控制模块包括用于代替电机参数表现电机状态的两个新变量和两个调整系数、用于模型预测的电流模型、新变量的更新算法、调整系数的计算方法以及输出开关序列的迭代优化过程；逆变器用于接收最优开关状态，进而控制永磁同步电机的运行。
54、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
55、(1)电流预测模型采用增量式模型，排除了电机磁链参数对控制系统的影响。
56、(2)控制参数初始化无需额定速度信息，适合调速系统。
57、(3)考虑转子磁路的凸极效应，可同时用于表贴式和内置式永磁同步电机的控制。
58、(4)无需计算量大的观测器，计算简单，对控制芯片要求低。
59、本发明简单易行，具有较强的鲁棒性，所述的内置式永磁同步电机转子强度高，适用于高转速、高可靠性以及高性能要求的新能源车用场合。
1.内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，步骤2.3中初始化具体包括：
3.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，当term1趋于0时，可以认为电流预测值无限趋近于电流真实值，当term2趋于0时，可以认为qdes和qqes与实际电机参数非常接近；控制目的转化为求函数g的最小值，对其求偏导并令导函数为0可得：
4.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，步骤2.4中归一化过程如下：
5.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，其特征在于，本发明的控制系统，只在初始化时使用电机铭牌参数，其余时刻均不涉及电机的参数。
6.根据权利要求1-5任一项所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制方法，一种内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制系统，其特征在于，包括：内置式永磁同步电机、编码器、电流传感器、abc/dq变换器、逆变器、电流预测控制模块和速度控制器。
7.根据权利要求6所述的内置式永磁同步电机的无参数模型预测控制系统，其特征在于，内置式永磁同步电机作为被控对象；编码器用于获得转子位置信号，并对该信号进行微分得到机械角速度；速度控制器根据转速参考值计算id、iq的参考值；电流传感器用于采集内置式永磁同步电机三相电流；abc/dq变换器用于对采集电流的输出变换；电流预测控制模块包括用于代替电机参数表现电机状态的两个新变量和两个调整系数、用于模型预测的电流模型、新变量的更新算法、调整系数的计算方法以及输出开关序列的迭代优化过程；逆变器用于接收最优开关状态，进而控制永磁同步电机的运行。
