一种永磁同步电机准无差拍模型预测磁链控制方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机准无差拍模型预测磁链控制方法，在有限控制框架内，首先计算下一时刻的定子磁链矢量参考值，再根据参考值按照无差拍控制思想，获得目标电压矢量；通过目标电压矢量的位置角判断目标电压矢量所在扇区，利用扇区选择3个有效电压矢量；然后，根据3个有效电压矢量预测下一时刻的定子磁链矢量；最后，通过优化价值函数获得逆变器最优开关状态，逆变器根据最优开关状态输出电压给永磁同步电机。本方法的价值函数中不含有权值计算，在进行价值函数优化时，只需针对3个有效电压矢量进行优化，减少了算法运算时间。

主权项

一种永磁同步电机准无差拍模型预测磁链控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)计算参考转矩T_e^*(k)：将参考速度ω^*(k)与实际反馈速度ω(k)的差值e(k)输入PI控制器(1)，根据公式(1.1)计算参考转矩T_e^*(k)；${T_e}^{*}\left(k\right)=e\left(k\right)(K_P+\frac{K_I}{s})---\left(1.1\right)$其中：K_P和K_I分别为PI控制器(1)的比例增益和积分增益；(2)计算(k+1)时刻定子磁链矢量参考ψ_s^*(k+1)：将定子磁链幅值参考|ψ_s^*(k)|和参考转矩T_e^*(k)输入转矩角计算模块(2‑1)，根据公式(2.1)计算转矩角参考δ^*(k)；将转子位置角θ_r(k)和实际反馈速度ω(k)输入转子位置角预测模块(2‑2)，根据公式(2.2)预测(k+1)时刻转子位置角θ_r(k+1)；将转矩角参考δ^*(k)和(k+1)时刻转子位置角θ_r(k+1)相加，得到(k+1)时刻定子磁链位置角θ_s(k+1)；将定子磁链幅值参考|ψ_s^*(k)|和(k+1)时刻定子磁链位置角θ_s(k+1)输入定子磁链矢量参考计算模块(2‑3)，根据公式(2.4)计算(k+1)时刻定子磁链矢量参考ψ_s^*(k+1)；${\delta }^{*}\left(k\right)=\arcsin \frac{2L_s{T_e}^{*}\left(k\right)}{3P_r\left|{{\psi }_s}^{*}\left(k\right)\right|\left|{{\psi }_f}^{*}\left(k\right)\right|}---\left(2.1\right)$θ_r(k+1)＝θ_r(k)+ω(k)T_s  (2.2)θ_s(k+1)＝δ^*(k)+θ_r(k+1)  (2.3)ψ_s^*(k+1)＝|ψ_s^*(k)|exp(jθ_s(k+1))  (2.4)其中：L_s为永磁同步电机同步电感，P_r为永磁同步电机极对数，|ψ_f^*(k)|为永磁体磁链幅值，T_s为预测控制的采样时间；(3)有效电压矢量选择：将(k+1)时刻定子磁链矢量参考ψ_s^*(k+1)输入目标矢量计算模块(3‑1)，根据公式(3.1)计算目标电压矢量u_obj(k+1)；将目标电压矢量u_obj(k+1)输入目标电压矢量角计算模块(3‑2)，根据公式(3.2)计算目标电压矢量与α轴夹角θ_u(k+1)；将目标电压矢量与α轴夹角θ_u(k+1)输入扇区判断模块(3‑3)，根据目标电压矢量与α轴夹角θ_u(k+1)判断目标电压矢量u_obj(k+1)的扇区号N(k+1)；将扇区号N(k+1)输入选择模块(3‑4)，获得三个基本电压矢量u_i(k+1)，矢量编号$u_{obj}(k+1)=\frac{{{\psi }_s}^{*}(k+1)-{\psi }_s\left(k\right)}{T_s}+R_s{i}_s\left(k\right)---\left(3.1\right)$${\theta }_u(k+1)=\mathrm{arc}tan\frac{u_{obj\beta }(k+1)}{u_{obj\alpha }(k+1)}---\left(3.2\right)$其中：ψ_s(k)为k时刻定子磁链矢量，R_s为定子电阻，i_s(k)为定子电流，u_objβ(k+1)和u_objα(k+1)分别为u_obj(k+1)的α轴和β轴分量；(4)计算(k+1)时刻定子磁链矢量预测值ψ_s(k+1)：将定子电流i_s(k)和三个基本电压矢量u_i(k+1)输入定子磁链矢量预测模块(4)，根据公式(4.1)计算(k+1)时刻定子磁链矢量预测值ψ_s(k+1)；ψ_s(k+1)＝ψ_s(k)+T_s(u_i(k+1)‑R_si_s(k))  (4.1)(5)选择逆变器最优开关状态：将(k+1)时刻定子磁链矢量参考ψ_s^*(k+1)和(k+1)时刻定子磁链矢量预测值ψ_s(k+1)输入优化模块(5)，根据公式(5.1)计算价值函数g_i，价值函数g_i取最小值时，其对应的基本电压矢量确定为最优基本电压矢量u_opt，根据最优基本电压矢量u_opt获得最优开关状态S_a,b,c；g_i＝|ψ_s^*(k+1)‑ψ_s(k+1)|  (5.1)(6)输出最优电压：逆变器将最优开关状态S_a,b,c转化为最优电压输送给永磁同步电机。