【技术实现步骤摘要】
矢量筛选和占空比结合的电机模型预测控制系统及方法
本专利技术涉及一种基于矢量快速筛选和占空比控制相结合的永磁同步电机模型预测控制系统及方法,属于电机驱动及控制技术。
技术介绍
永磁同步电机凭借电力电子技术、微型计算机技术、电机控制技术的飞速发展,控制技术有了长足的进步,目前正向着高精度、低成本、小型化的趋势发展。而永磁同步电机作为核心执行部件,在机床、家电,船舶、电梯、机器人及电动汽车等领域都得到了广泛的应用。尽管针对永磁同步电机的各种控制技术都陆续提出并得到了广泛研究,如矢量控制、直接转矩控制、滑模控制和模糊控制等,但在实际工程中,这些控制技术都存在一定不足,如低速特性不够理想、动态响应慢、转矩脉动大等。近年来国际上兴起了一种新型控制技术,即模型预测控制。有限控制集模型预测控制(finitecontrolset-modelpredictivecontrol,简称FCS-MPC)由于原理简单,容易处理系统非线性约束等优点,在当前变频调速系统中受到了广泛关注。与经典的磁场定向控制(field-orientation-control,简称FOC)相比,FCS-MPC无需脉宽调制,可直接产生逆变器驱动信号,更容易实现降低开关频率等非线性约束。另外,MPC无需坐标变换,无需电流内环及参数整定,具有结构简单、动态响应快等优点。与直接转矩控制(direct-torque-control,简称DTC)相比,FCS-MPC通过在线优化的方式来选择最佳电压矢量,在矢量选择上更加直接、精确、有效。然而,不可否认的是在寻找最优电压矢量的过程中,模型预测控制需要遍历逆变器所有开关 ...
【技术保护点】
一种矢量筛选和占空比结合的电机模型预测控制系统,其特征在于:包括PI控制器、位置反馈模块、定子电流采集模块、电流微分方程计算模块、PARK逆变换模块、扇区判断模块、矢量快速选择开关表、占空比计算模块、最优价值函数模块和逆变器;转速参考值和经位置反馈模块得到的转速反馈值做差,差值输入转速PI控制器;转速PI控制器输出的参考转矩值经转矩PI控制器得到交轴参考电流值;采样得到的定子电流采集模块经电流微分方程计算模块得到交直轴参考电压;交直轴参考电压经PARK逆变换模块输出参考电压值的幅值和相角;参考电压相角经扇区判断模块和矢量快速选择开关表输出快速筛选后的备选电压矢量;进行备选电压矢量的占空比计算模块;备选电压矢量及占空比值经最优价值函数模块输出最优非零开关状态;最优非零开关状态及其对应的最优零开关状态给逆变器。
【技术特征摘要】
1.一种矢量筛选和占空比结合的电机模型预测控制系统,其特征在于:包括PI控制器、位置反馈模块、定子电流采集模块、电流微分方程计算模块、PARK逆变换模块、扇区判断模块、矢量快速选择开关表、占空比计算模块、最优价值函数模块和逆变器;转速参考值和经位置反馈模块得到的转速反馈值做差,差值输入转速PI控制器;转速PI控制器输出的参考转矩值经转矩PI控制器得到交轴参考电流值;采样得到的定子电流采集模块经电流微分方程计算模块得到交直轴参考电压;交直轴参考电压经PARK逆变换模块输出参考电压值的幅值和相角;参考电压相角经扇区判断模块和矢量快速选择开关表输出快速筛选后的备选电压矢量;进行备选电压矢量的占空比计算模块;备选电压矢量及占空比值经最优价值函数模块输出最优非零开关状态;最优非零开关状态及其对应的最优零开关状态给逆变器。2.一种采用权利要求1控制系统的矢量快速筛选和占空比结合的电机模型预测控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:首先,根据无差拍控制的思想获得参考电压矢量;步骤二:通过参考电压矢量的位置角判断参考电压矢量所在的扇区,利用扇区判断的方法快速筛选出有效的两个非零电压矢量;步骤三:将参考电压矢量和快速筛选出的非零基本电压矢量之间的比较定义为价值函数;采用一种占空比控制方法,计算出非零电压矢量作用的时间;基于开关损耗最小化原则,根据非零电压矢量选择合适的零电压矢量,计算出零电压矢量作用的时间;步骤四:最后,将非零电压矢量开关状态及其作用时间,零电压矢量开关状态及其作用时间依次作用于逆变器,逆变器将开关状态转变成电压输出给永磁同步电机,驱动电机运行。3.根据权利要求2所述的矢量快速筛选和占空比结合的电机模型预测控制方法,其特征在于:所述步骤一中参考电压矢量获得方法为:(1)采样k时刻的三相电流ia(k),ib(k),ic(k),通过Clack变换得到k时刻αβ轴电流iα(k),iβ(k),再通过Park变换得到k时刻dq轴电流id(k),iq(k);采集k时刻转子角速度ω;(2)为使转矩脉动最小化,保证在每一个采样周期结束时刻的实际电磁转矩值都跟踪上理想的参考转矩值,即:其中,Te(k+1)为(k+1)时刻电磁转矩值,为参考转矩值;(3)计算(k+1)时刻理想的dq轴电流值:其中,为k+1时刻q轴的理想参考电流,p为极对数,ψf为永磁磁链值,为k+1时刻d轴的理想参考电流;(4)根据步骤(1)得到的id(k),iq(k),ω以及步骤(3)得到的利用公式:通过电流微分方程模块计算理想的dq轴...
【专利技术属性】
技术研发人员:花为,殷芳博,黄文涛,丁石川,
申请(专利权)人:东南大学盐城新能源汽车研究院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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