本技术涉及交流电机控制，尤其涉及一种航空三级式起动发电系统励磁机电流预测控制方法。
背景技术：
：：1、起动/发电一体化技术作为多电飞机（more electric aircraft，mea）的一项关键技术，其核心思想是利用电机的可逆原理。其能在发动机起动时作为电动机工作，而在发动机运转正常后，则转变为发电机为机载设备供电。这种设计不仅简化了发动机的附件机匣和引气装置，还显著减轻了飞机的“死重”，从而提高了飞机的整体可靠性、可维护性和能源效率。2、具体到三级式无刷同步电机，其由主电机、励磁机和副励磁机组成，采用同轴安装方式。在发电模式下，励磁机采用直流励磁方式。然而，在零低速阶段，副励磁机无法为励磁机提供必要的励磁电流，这成为了实现三级式起动/发电一体化功能的关键挑战。为了解决零低速阶段的励磁问题，现有技术中配合励磁机逆变器的励磁控制方案，具有励磁调节效率高、灵活性好的优点，能实现主电机和励磁机的协同优化控制，适用于多种励磁结构。而模型预测控制因为其动态响应好、算法简单，近年来在交流电机控制领域受到了较高的关注。但是由于三级式电机特殊的转子开绕组励磁结构，现有的模型预测控制方法无法直接应用，因此，针对励磁机的模型预测控制方法仍需进一步的研究和探索。技术实现思路1、本技术实施例通过提供一种航空三级式起动发电系统励磁机电流预测控制方法，解决了现有技术中传统模型预测控制方法无法直接应用的技术问题。2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：3、第一方面，本发明实施例提供了一种航空三级式起动发电系统励磁机电流预测控制方法，包括：获取当前时刻励磁机定子在三相静止坐标系下的三相电流，并通过预设的坐标变换策略将三相电流转换为在两相静止坐标系下的定子电流值；根据励磁机的电气参数和定子电流值，构建励磁机的转子电流观测器；通过转子电流观测器，计算当前时刻的转子磁链和转子开路端电压；以定子在两相静止坐标系下为参考，构建转子开绕组结构的励磁机的数学模型，获得转子开绕组结构的励磁机的定子电流预测函数；基于转子磁链和转子开路端电压，通过定子电流预测函数对当前时刻的下一时刻的定子电流进行预测，获得定子电流预测值；根据定子电流预测值设计代价函数，通过代价函数预测逆变器的最优电压矢量，并通过最优电压矢量驱动逆变器进行励磁机的预测控制。4、在一些可能的实现方式中，根据励磁机的电气参数和定子电流值，构建励磁机的转子电流观测器，包括：根据励磁机的定子电压、定子磁链方程以及转子电流特征构建励磁机转子电流观测器；5、励磁机的定子电压表示为：6、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><mi>=</mi><msub><mi>r</mi><mi>s</mi></msub><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sa</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sb</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sc</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mi>d</mi><mi>dt</mi></mfrac><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>7、定子磁链方程表示为：8、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>a</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>b</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>φ</mi><mi>c</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><mi>=</mi><msub><mi>l</mi><mi>s</mi></msub><mrow><mo>[</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sa</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sb</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>sc</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><mi>−</mi><msub><mi>m</mi><mi>sr</mi></msub><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub></mtd><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mi>−</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mi>−</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd><mtd><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub></mtd><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd><mtd><mi>cos</mi><mi>(</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub><mi>−</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow><mn>3</mn></mfrac><mi>)</mi></mtd><mtd><mi>cos</mi><msub><mi>θ</mi><mi>r</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>[</mo><mtable><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>ra</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rb</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>i</mi><mi>rc</mi></msub></mtd></mtr></mtable><mo>]</mo></mrow></mstyle>9、转子电流特征包括：10、11、其中，，和为定子三相绕组端电压，，和为定子三相电流，，和为转子三相电流，，和为定子三相磁链，为定子绕组相电阻，为定子绕组总自感，定转子绕组互感幅值，为转子位置。12、在一些可能的实现方式中，通过转子电流观测器，计算当前时刻的转子磁链和转子开路端电压，包括：通过转子电流观测器确定当前时刻在三相静止坐标系下励磁机转子电流：基于励磁机的数学方程，构建在两相静止坐标系下的励磁机转子磁链观测器和转子端电压观测器；将转子电流进行坐标变换，获得两相静止坐标系下的转子电流估算结果；将转子电流估算结果代入构建的励磁机的转子磁链观测器和转子端电压观测器，获得当前时刻的转子磁链和转子开路端电压值。13、在一些可能的实现方式中，转子磁链观测器表示为：14、15、其中，为转子磁链，为转子绕组自感，为转子绕组互感，为定子电流，为转子电流；16、转子端电压观测器表示为：17、18、其中，表示转子端电压，表示转子绕组相电阻，为微分算子，表示虚数单位，表示转子电角速度。19、在一些可能的实现方式中，以定子在两相静止坐标系下为参考，构建转子开绕组结构的励磁机的数学模型，获得转子开绕组结构的励磁机的定子电流预测函数，包括：在两相静止坐标系下，构建励磁机定子侧电压和磁链第一数学模型；以第一数学模型为参考，在两相静止坐标系下，构建转子开绕组结构的励磁机转子侧电压和磁链第二数学模型；基于第一数学模型和第二数学模型，构建定子电流预测函数。20、在一些可能的实现方式中，第一数学模型表示为：21、22、第二数学模型表示为：23、24、其中，表示定子端电压，表示定子磁链；定子电流预测函数表示为：25、26、其中，为系统的采样时间，为磁耦合因子，，为等效电阻，，为漏磁系数，，为转子时间常数，，为瞬时时间常数，。27、在一些可能的实现方式中，代价函数表示为：28、29、其中，和分别表示两相静止坐标系下定子电流的参考值。30、在一些可能的实现方式中，通过代价函数预测逆变器的最优电压矢量，包括：通过代价函数对逆变器的多个开关矢量状态进行评价，从多个开关矢量状态对应的电压矢量中确定出最优电压矢量。31、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：32、本发明中，通过获取当前时刻励磁机定子在三相静止坐标系下的三相电流，并通过预设的坐标变换策略将三相电流转换为在两相静止坐标系下的定子电流值；根据励磁机的电气参数和定子电流值，构建励磁机的转子电流观测器；通过转子电流观测器，计算当前时刻的转子磁链和转子开路端电压；以定子在两相静止坐标系下为参考，构建转子开绕组结构的励磁机的数学模型，获得转子开绕组结构的励磁机的定子电流预测函数；基于转子磁链和转子开路端电压，通过定子电流预测函数对当前时刻的下一时刻的定子电流进行预测，获得定子电流预测值；根据定子电流预测值设计代价函数，通过代价函数预测逆变器的最优电压矢量，并通过最优电压矢量驱动逆变器进行励磁机的预测控制。如此，充分考虑了三级式电机的励磁机转子开绕组的这一特殊结构，能够解决传统模型预测控制方法无法直接应用的问题。当前第1页12当前第1页12