一种五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制方法

摘要

本发明公开了一种五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制方法，包括根据扩展的派克旋转变换式将自然坐标系下五相永磁同步电机的电压、电流、磁链分别映射到d1‑q1和d3‑q3两个正交的旋转坐标系下；重新构造FCS‑MPCC算法中所用的输入电压矢量控制集；求得d1‑q1坐标系下U_i’的幅值以及构成该虚拟矢量所需的两个基本电压矢量的作用时间分配比例；构造五相永磁同步电机FCS‑MPCC算法中的目标函数；选取使目标函数最小的虚拟电压矢量作为控制输出量；对所选虚拟电压矢量进行脉冲序列生成设计等步骤。本发明消除了由于谐波d3‑q3空间造成的五相电机电流的低次谐波分量，保证算法不需过多的计算量，易于数字处理器实现，降低程序设计的难度，减小数字芯片的运行功耗。

主权项

一种五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据扩展的派克旋转变换式将自然坐标系下五相永磁同步电机的电压、电流、磁链分别映射到d1‑q1和d3‑q3两个正交的坐标系下；步骤2：重新构造FCS‑MPCC算法中所用的输入电压矢量控制集，使得d3‑q3坐标系下的平均电压矢量幅值为零；即在d1‑q1坐标系下的每个基本电压矢量方向上依次选取大矢量、中矢量进行合成，得到虚拟矢量组U_i’，其在d1‑q1、d3‑q3坐标系下的幅值|U_i’|_d1q1、|U_i’|_d3q3分别为：$\left\{\begin{array}{c}{\left|{U_i}^{,}\right|}_{d1q1}=(1-K_v)·0.6472U_{dc}+K_v·0.4U_{dc}\\ {\left|{U_i}^{,}\right|}_{d3q3}=(1-K_v)·0.2472U_{dc}-K_v·0.4U_{dc}\end{array}\right.$式中，K_v表示U_i’合成时中矢量在控制周期内的占空比；步骤3：令|U_i’|_d3q3为零，求得此时d1‑q1坐标系下U_i’的幅值以及占空比K_v分别为：$\left\{\begin{array}{c}{K}_v=0.382\\ {\left|{U_i}^{,}\right|}_{d1q1}=0.552U_{dc}\end{array}\right.$10个虚拟电压矢量U_i’(i＝1,2,3….10)的合成规则为：U_i’＝0.618U_i+0.382U_i+10式中U_i和U_i+10(i＝1,2,3….10)分别表示为五相逆变器中第i个大矢量和与之对应的中矢量；步骤4：采样得到第k个控制周期的相电流，然后经过派克变化得到i_d1(k),i_q1(k)，再依据电机电流的离散预测方程式，分别得到每个虚拟电压矢量作用下第k+1控制周期内i_d1,i_q1的预测值；步骤5：构造五相永磁同步电机FCS‑MPCC算法中的目标函数，即：$J={[i_{d1}^{*}(k+1)-i_{d1}(k+1)]}^2+{[i_{q1}^{*}(k+1)-i_{q1}(k+1)]}^2$其中i^*_d1(k+1)、i^*_q1(k+1)分别表示第k+1个控制周期内在d1‑q1子空间下d轴和q轴电流的给定值；i_d1(k+1)、i_q1(k+1)分别表示第k+1个控制周期内在d1‑q1子空间下d轴和q轴电流的预测值；步骤6：将每个虚拟电压矢量作用下的i_d1(k+1),i_q1(k+1)依次代入步骤5中的目标函数，选取最小目标函数值对应的虚拟电压矢量作为输出控制量；步骤7：设计虚拟电压控制集的脉冲序列顺序以及分配其作用时间，即：在每个开关周期T_s内，虚拟矢量U_i’(i＝1,2,3….10)的矢量序列为：U_i→U_i+10→U_i，相应的作用时间为：0.309T_s→0.382T_s→0.309T_s；或者矢量序列为：U_i+10→U_i→U_i+10，相应的作用时间为：0.191T_s→0.618T_s→0.191T_s；依照此规则将步骤6中选中的虚拟电压矢量转换为对称的脉冲序列施加给五相逆变器。