基于模型预测的双凸极永磁同步电机直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种双凸极永磁同步电机的新型模型直接转矩预测控制方法，具体为：采集双凸极永磁同步电机的定子电流和转子角速度；分别在八组逆变器开关矢量信号下，结合定子电流和转子角速度，依据八种开关状态下电流变化量及微分量与电压和电流之间的约束关系，预测出每种逆变器开关矢量下一时刻的电机输出电流；基于直接转矩控制理论，进一步预测每种逆变器开关矢量下一时刻的机转矩和电机磁链；以转矩和磁链波动总量最小为目标，合理选择出相关电压矢量，实时控制逆变器工作。本发明能够有效降低开关频率及损耗，并减小电机的力矩波动。

主权项

一种双凸极永磁同步电机直接转矩控制方法，包括以下步骤：(1)对电机逆变器的开关管状态进行组合，得到八组逆变器开关矢量信号；(2)在当前时刻k，分别在每一组逆变器开关矢量信号下，采集双凸极永磁同步电机的定子电流和转子角速度ω_r，下标p表示电机A、B、C相；(3)在每一组逆变器开关矢量信号下，依据当前定子电流预测下一时刻k+1的定子电流$i_p^{k+1}=i_p^k+\frac{1}{L_p}(u_{pn}-R_p{i}_p^k-i_p^k\frac{{\mathrm{dL}}_p}{{\mathrm{d\theta }}_r}{\omega }_r-\frac{{\mathrm{d\psi }}_{pm}}{{\mathrm{d\theta }}_r}{\omega }_r)*T_s,$式中，L_p为电机p相电感，u_pn为第n组逆变器开关矢量信号对应的电机p相电压，n＝1,…,8，R_p为电机定子p相电阻，θ_r为电机转子位置角，ψ_pm为电机p相永磁磁链变化值，T_s为变频器开关周期，d表示微分运算；(4)在每一组逆变器开关矢量信号下，依据其对应的下一时刻k+1的定子电流预测下一时刻k+1的电机转矩和磁链${\psi }_s^{k+1}=\sqrt{{\left({\psi }_d^{k+1}\right)}^2+{\left({\psi }_q^{k+1}\right)}^2};$其中，表示求取偏导数运算，$\left[\begin{array}{c}{\psi }_d^{k+1}\\ {\psi }_q^{k+1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_d& L_{dq}\\ L_{dq}& L_q\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d^{k+1}\\ i_q^{k+1}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\psi }_m\\ 0\end{array}\right],$分别为下一时刻k+1的电机磁链在d轴和q轴的分量，分别为电流在d轴和q轴的分量，L_d为电机d轴自感，L_q为电机q轴自感，L_dq为电机d轴与q轴间的互感，ψ_m为永磁体磁链幅值；(5)比较下一时刻k+1的电机预测转矩与电机参考转矩、以及下一时刻k+1的电机预测磁链与电机参考磁链的大小，分别选择出波动最小的一组，进而获得转矩和磁链波动总量最小的一组所对应的逆变器开关矢量信号，将其作为电机逆变器开关矢量的驱动信号，实时控制逆变器开关管的开通关断，完成对双凸极永磁同步电机的直接转矩控制。