基于模型预测的电机控制方法及控制装置制造方法及图纸

本申请涉及电机控制技术领域，提供一种基于模型预测的电机控制方法及控制装置，其包括：利用获取的控制指令和电机参数，以电机离散模型计算预测电压值；对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；以所述α轴分量、所述β轴分量以及参考电压矢量，计算获得不同扇区的相邻矢量作用时间；根据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；调制输出PWM脉冲，作用于控制电机。本申请通过预测模型精确计算了使电流纹波最小的零矢量和有效矢量作用时间，获得了使电流纹波最小的非对称占空比。

Motor Control Method and Control Device Based on Model Prediction

This application relates to the field of motor control technology, and provides a motor control method and control device based on model prediction, which includes: calculating predicted voltage value by discrete motor model using acquired control instructions and motor parameters; coordinate conversion of the predicted voltage value to obtain alpha-axis component and beta-axis component; and using the alpha-axis component, the beta-axis component and the reference electric component. Voltage vector is used to calculate the action time of adjacent vectors in different sectors; zero vector action time with symmetrical cross-axis current error is calculated according to the action time of adjacent vectors; switch on time is calculated according to the action time of zero vector; PWM pulse is modulated and output to act on the control motor. This application accurately calculates the action time of the zero vector and the effective vector to minimize the current ripple through the prediction model, and obtains the asymmetric duty cycle to minimize the current ripple.

【技术实现步骤摘要】
基于模型预测的电机控制方法及控制装置
本申请涉及电机控制
，特别是指一种基于模型预测的电机控制方法及控制装置。
技术介绍
基于模型预测的永磁同步电机控制方法，按照电压矢量作用方式的不同可以主要可以分为直接预测电流控制和PWM预测电流控制两类。其中PWM预测电流控制也被称为无差拍控制。它利用电流指令和本周期采样得到的电机电流、位置信息，根据电机离散模型，精确计算出下一控制周期应作用的电压矢量并通过SVPWM调制电压矢量作用于电机，使得作用该电压矢量一个周期后，电机电流能够精确跟随电流指令值。SVPWM调制策略是无差拍控制实现的关键。SVPWM调制技术，物理概念清晰并具有较高的直流电压利用率，采用零矢量和有效矢量七段式对称调制方式。但这种对称式矢量分配方式，并不是电流纹波最小的分配方法，且恒定的开关频率和对称的占空比也带来了电流谐波和噪声污染等问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种基于模型预测的电机控制方法及控制装置。本申请实施例提供一种基于模型预测的电机控制方法，其包括：获取控制指令和电机参数，根据模型预测计算预测电压值；对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；以所述α轴分量以及所述β轴分量，获得不同扇区的相邻矢量作用时间；依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；调制输出PWM脉冲信号，作用于控制电机。可选地，所述获取控制指令和本周期电机参数的步骤中，包括：在一个载波周期内，分别在载波为零以及载波最大值时刻采样并且更新占空比。可选地，所述依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间，包括：依据所述相邻矢量作用时间，通过预测模型反推计算出交轴电流误差对称的零矢量作用时间。可选地，所述依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间，包括：依据相邻矢量作用时间以模型预测方式，获得交轴电流误差对称的交轴电压参考矢量；以及，依据交轴电压参考矢量通过预测模型反推计算零矢量作用时间。可选地，根据所述零矢量作用时间，受电压影响的交轴电流误差的最大值和受电压影响的交轴电流误差的最小值之和为零。可选地，所述调制输出PWM脉冲步骤中，包括：以三角形载波和三相调制波幅值调制输出PWM脉冲信号，作用于逆变器。可选地，依据控制方法输出的PWM脉冲信号，在一个载波周期内，前四段调制信号位于载波上升时的四段时间，后四段调制信号位于载波下降时的四段时间。可选地，依据控制方法输出的PWM脉冲信号，在一个载波周期内，相对载波最大值时刻为非对称。可选地，交轴电流误差相对交轴电流给定值对称。可选地，计算得出零矢量作用时间T01的公式为：式中R为定子电阻；L为定子电感，Ld＝Lq＝L；ωe为转子电角速度；ψf为永磁体磁链；id、iq为直轴、交轴电流；idref，iqref为直轴、交轴电流给定值；K代表第K个控制周期，Ts为采样周期；T1、T2为相邻矢量作用时间；Δiq代表受电压影响的交轴电流变化分量,urefq(k)为交轴电压参考矢量，由相邻有效矢量V1、V2按照占空比合成而来。可选地，所述以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点,包括：当载波处于前半周期的得出公式为：当载波处于后半周期时的得出公式为：同时对T01进行限幅，使0≦T01≦Ts-T1-T2；其中，Ta、Tb、Tc开关导通时间点；T1、T2为相邻矢量作用时间；T01为零矢量作用时间。本申请另一方面，提供一种电机的控制装置，包括：获取模块，用于获取控制指令和电机参数，处理模块，用于根据模型预测计算预测电压值；对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；以所述α轴分量以及所述β轴分量，获得不同扇区的相邻矢量作用时间；根据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；生成模块，用于根据所述开关导通时间点生成所述电机的控制信号。可选地，还具有判断模块，用于监测载波周期内载波为零时刻以及载波最大值时刻，在这两个时刻触发所述控制装置采样并且更新占空比。可选地，所述控制装置为PI控制器、模型预测控制器或SVPWM控制器。本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该方法，通过预测模型精确计算了使电流纹波最小的零矢量和有效矢量作用时间，获得了使电流纹波最小的非对称占空比。在不增加开关频率条件下，明显提升了电机控制电流控制性能，且降低了电流谐波含量。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请一种实施例中控制系统框架结构示意图。图2为本申请一种实施例中基于模型预测的电机控制方法的调制原理示意图。图3为本申请一种实施例中基本矢量和扇区分布图。图4为本申请一种实施例中基于模型预测的电机控制方法的调制流程图。图5为本申请一种实施例中一个采样周期内电流变化过程示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请实施例提供一种基于模型预测的电机控制方法，参照图4所示意，其主要包括步骤：S101，利用获取的控制指令和电机参数，以电机离散模型计算预测电压值；其中，本申请的具体实施例中，在一个载波周期内，分别在载波为零以及载波最大值时刻进行采样，对应地，也会这两个时刻进行PWM脉冲信号的占空比更新。其中具体的计算方法可选择本领域常用的运算方式进行。S102，对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；可以选用派克(park)反变换的方式得出，其中具体的得出方法可选择本领域常用的运算方式进行。S103，以所述α轴分量、所述β轴分量以及参考电压矢量，计算获得不同扇区的相邻矢量作用时间；可以选用查表法得出相邻矢量作用时间，具体的得出方法可选择本领域常用的运算方式进行。S104，根据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；可选地，可依据相邻矢量作用时间以模型预测方式，获得交轴电流误差对称的交轴电压参考矢量；以及，依据交轴电压参考矢量通过预测模型反推计算零矢量作用时间。其中，根据所述零矢量作用时间，可使得受电压影响的交轴电流误差的最大值和受电压影响的交轴电流误差的最小值之和为零。S105，以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；其中，在一个载波周期内，前四段调制信号位于载波上升时的四段时间，后四段调制信号位于载波下降时的四段时间。具体的得出方法可选择本领域常用的运算方式进行。S106，依据开关导通时间点调制输出PWM脉冲，作用于控制电机。其中，可选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，包括：获取控制指令和电机参数，根据模型预测计算预测电压值；对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；以所述α轴分量以及所述β轴分量，获得不同扇区的相邻矢量作用时间；依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；调制输出PWM脉冲信号，作用于控制电机。

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，包括：获取控制指令和电机参数，根据模型预测计算预测电压值；对所述预测电压值进行坐标转换，得到α轴分量和β轴分量；以所述α轴分量以及所述β轴分量，获得不同扇区的相邻矢量作用时间；依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间；以所述零矢量作用时间计算开关导通时间点；调制输出PWM脉冲信号，作用于控制电机。2.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，所述获取控制指令和本周期电机参数的步骤中，包括：在一个载波周期内，分别在载波为零以及载波最大值时刻采样并且更新占空比。3.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，所述依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间，包括：依据所述相邻矢量作用时间，通过预测模型反推计算出交轴电流误差对称的零矢量作用时间。4.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，所述依据所述相邻矢量作用时间计算得出交轴电流误差对称的零矢量作用时间，包括：依据相邻矢量作用时间以模型预测方式，获得交轴电流误差对称的交轴电压参考矢量；依据交轴电压参考矢量通过预测模型反推计算零矢量作用时间。5.如权利要求4所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，根据所述零矢量作用时间，受电压影响的交轴电流误差最大值和受电压影响的交轴电流误差的最小值之和为零。6.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，所述调制输出PWM脉冲步骤中，包括：以三角形载波和三相调制波幅值调制输出PWM脉冲信号，作用于逆变器。7.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，依据控制方法输出的PWM脉冲信号，在一个载波周期内，前四段调制信号位于载波上升时的四段时间，后四段调制信号位于载波下降时的四段时间。8.如权利要求1所述的基于模型预测的电机控制方法，其特征在于，依据控制方法输出的PWM脉冲信号，在一个载波周期内...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡余生，郭伟林，张良浩，于安波，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44