本技术涉及一种自适应权重优化的同步磁阻电机模型预测控制方法,旨在提升同步磁阻电机的控制效率和性能。该方法包括:首先,构建同步磁阻电机的预测模型;其次,通过自适应机制优化权重系数;最后,实现电机的高效控制。
背景技术
同步磁阻电机模型预测控制是一种先进的控制策略,它通过建立电机的精确数学模型,利用该模型预测未来状态,并通过优化算法寻找最优控制策略,实现对电机电流、速度或位置等状态变量的精确控制。这种控制方法考虑了电机的非线性特性和参数变化,旨在提高控制的准确性和鲁棒性,同时平衡控制器的实时性要求和计算量。
权重系数是同步磁阻电机模型预测控制的重要因素,权重系数的整定本质上是参数优化问题,为选择适合的权重系数:
文献1:颜黎明,郭鑫,赵冬冬.基于新型权重解析法的永磁电机预测转矩控制[J].航空学报,2022,43(12):486-497.基于电机系统电磁转矩、定子磁链和定子电流之间的内在关系,推导了代价函数中权重系数的解析表达式。
文献2:袁庆庆,步凡,谢晓彤,等.基于矢量分类的NPC型三电平双三相PMSM的改进模型预测电压控制[J].中国电机工程学报,2024.通过电机数学模型和逆变器特征分析,计算满足中点电位平衡的权重系数限值,以满足电机电流的谐波抑制和中点电位平衡需求。
然而,以上解析法虽然可以直接推导出电机参数与权重系数的关系式,但存在对模型精度要求高、需要设置理想条件等限制。为解决上述问题:
文献3:Sakamoto Y,Xu Yihao,Wang Bingnan,et al.Multi-Objective MotorDesign Optimization with Physics-Assisted Neural Network Model[C].IEEEInternational Electric Machines&Drives Conference,2023:1-7.采用多目标平均等级排序方法将价值函数计算转换为等级值排序,从而避免了权重系数的选择。
文献4:李耀华,秦辉,苏锦仕.永磁同步电机模糊自适应变开关次数权重系数模型预测转矩控制[J].电机与控制学报,2021,25(02):102-112.将模糊理论引入模型预测控制,通过电机系统状态信息对价值函数中的权重系数数值进行实时调节。然而,上述方法计算步骤过于繁琐,极大增加了模型预测控制算法的在线运算负担。
同时在申请号为201611005682.0,申请日为2016年11月15日,专利名称为“双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法”的中国发明专利中公开了一种技术方案,在该技术方案中,以转矩、磁链、电流跟踪误差建立模型预测价值函数,尽管在电机性能中表现优异,但这会导致电机逆变器的开关频率过高。过高的开关频率导致逆变器中的开关元件频繁切换,增加了开关损耗,从而导致设备发热,影响系统的散热能力和组件寿命。在高频下,开关损耗显著增加,可能导致整体能效下降,尤其是在低负载或轻载情况下,效率损失更加明显。
申请号为202410646961.3,申请日为2024年5月23日,专利名称为“同步磁阻电机新型磁链观测器模型预测速度控制方法”的中国发明专利中公开了一种技术方案,在该技术方案中,在进行模型预测的价值函数的权重系数整定中,合适的权重系数整定缺乏系统化的方法,并且权重系数通常是静态设置的,而系统运行过程中可能存在动态变化,固定的权重无法适应系统状态的变化,影响控制效果。在多变量系统中,系统的非线性和耦合特性使得仅通过简单的权重调整难以实现预期的控制性能。不同的控制目标之间存在矛盾,难以通过单一的权重设置来平衡各个目标,导致性能下降。一旦设定了权重系数,后续的验证和调整可能需要较长的时间和大量的数据支持,增加了实施的难度。
综上所述,在现有技术的同步磁阻电机模型预测控制中,普遍存在如下缺陷:
(1)非线性问题:在不同的工作条件下,系统的动态特性会变化,固定的权重系数无法适应所有工作条件,导致控制性能下降。
(2)多目标优化困难:在需要同时优化多个性能指标(如转矩脉动,逆变器开关频率)时,权重系数的设置会导致某些目标被忽视或冲突,难以实现全局最优。
(3)缺乏系统化方法:通常缺乏系统化的权重系数整定方法,导致整定过程缺乏科学依据和标准化。权重系数的选择通常依赖于经验和试验,调整过程需要多次试验以找到最佳组合,耗时且不一定稳定。
实现思路