模型预测控制专题:基于增量模型的无差拍预测电流控制
0 前言
在上一个章节,我们讲到了DPCC的基础实现原理,取得了比传统PI调节器更加快速的电流响应速度,然而DPCC依赖于电机参数。这一个章节来提高DPCC的参数鲁棒性。
1 参数依赖的来源
无差拍电流预测控制的参数依赖来源于两个地方,
第一个:预测过程
第二个:指令电压计算过程
在预测过程中用到了大量电机参数计算 k+1 拍的电流预测值;在指令电压计算过程中也用到了大量电机参数计算 k+1 拍需要控制的电压。这两个过程使得系统的控制性能将严重依赖参数的准确性,为了降低控制过程的参数依赖,进行相应改进。
2 基于“磁链免疫”增量模型预测控制
永磁同步电机的电流动态方程如下(PMSM电流动态方程(连续域))定义为公式1
离散化方程(前向欧拉法):定义为公式2
往前推一拍可得:
两式子相减可得:
若将速度we视为一个不变的量,可得:
此时,公式中将不再存在磁链参数;仅存在电阻和电感参数;若进一步忽略定子电阻影响;可得:
值得注意的是,此时电机方程中的delta项表达式为:
最终可以得到一个新的预测方程;
以上过程即可使得预测过程不再受到磁链参数干扰;
由于d轴本身就不受磁链参数影响,因此可以考虑d轴用原本的方程,q轴用增量式方程,总结如下所示:
3 仿真验证
基于以上原理对其进行仿真,模拟参数失配;仿真工况为 Phif 为原始值 1.5倍;
三种控制方式 PI调节器、传统DPCC、磁链免疫DPCC;
仿真工况:0-1000rpm,0.3s施加5N负载;其中橙红线为PI调节器、蓝线为传统DPCC、黄色线为磁链免疫DPCC仿真结果;如果只看电流的跟随情况;在加速阶段,给定iq被限制在8A,可以看到传统DPCC的iq已经没有控住了,而磁链免疫DPCC的控制则不受影响,PI调节器也不受影响;由于iDPCC目前把电阻忽略了,所以d轴在稳态时存在一定的静态误差。
再看瞬态的动态过程:可以从仿真结果看出,传统DPCC和磁链免疫DPCC的快速性基本一致,PI还是慢了很多,因此磁链免疫DPCC解决了DPCC对磁链参数的依赖,仿真结果验证了其有效性。