一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，通过定子磁链比较器和转矩比较器来确定电压矢量选择区域，将区域四等分，将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数中选取出，选择电压矢量的区间和角度，在区间表给定的区间内选择电压矢量并且输出合成之后的电压矢量，根据定子磁链变化图确定定子磁链幅值，通过定子磁链幅值确定转矩公式对转矩公式进行简化处理，通过传统转矩公式和简化转矩公式的相对误差验证其可行性。本发明专利技术简化后的转矩公式可以取代传统的转矩公式，以提高永磁同步电机直接转矩控制系统的性能，减小转矩脉动，且开关频率稳定。

A simplified method of torque calculation for DTC predictive control

The invention discloses a simplified torque calculation method for DTC predictive control. The voltage vector selection region is determined by stator flux comparator and torque comparator, the region is divided into four parts, the stator flux amplitude and torque value are selected from the input objective function, the voltage vector interval and angle are selected, and the interval table is given. The stator flux amplitude is determined according to the stator flux diagram. The torque formula is simplified by the stator flux amplitude. The feasibility is verified by the relative error between the traditional torque formula and the simplified torque formula. The simplified torque formula of the invention can replace the traditional torque formula to improve the performance of the direct torque control system of the permanent magnet synchronous motor, reduce the torque ripple and stabilize the switching frequency.

【技术实现步骤摘要】
一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法
本专利技术属于电压矢量调制
，具体涉及一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法。
技术介绍
直接转矩控制技术基于定子磁链坐标系并直接将转矩作为控制对象，避免了旋转坐标变换时的大量计算以及对电机参数的依赖性，其动态性能好，转矩响应时间短。传统开关表实现的永磁同步电机直接转矩控制系统中，电压矢量在一个采样周期内持续施加，会出现实际转矩增减超出预期要求，从而造成超调脉动。为了解决此类问题，引入预测控制，引入评价函数，从转矩误差和定子磁链误差两个方面综合考虑，并加以控制，采用空间矢量调制技术，从而实现更加理想的控制效果。但是伴随着变量和运算函数，增加了计算运行的时间和复杂程度，故此，提出一种用于DTC预测控制的磁链计算简化方法，进而优化控制性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，以提高永磁同步电机直接转矩控制系统的性能，减小转矩脉动，且开关频率恒定。本专利技术采用以下技术方案：一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，通过定子磁链比较器和转矩比较器来确定电压矢量选择区域，将区域四等分，将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，选择电压矢量的区间和角度，在区间表给定的区间内选择电压矢量并且输出合成之后的电压矢量根据定子磁链变化图确定定子磁链幅值，通过定子磁链幅值确定转矩公式并进行简化处理，通过传统转矩公式和简化转矩公式的相对误差验证其可行性。具体的，根据电压矢量对转矩作用，以及预测控制的思想，确定相应下一时刻k+1转矩，忽略定子电阻压降，施加电压矢量过后，确定传统模型下一时刻k+1转矩值与下一时刻k+1转矩角和下一时刻k+1定子磁链幅值的关系，得到下一时刻k+1的定子磁链幅值和下一时刻k+1的转矩角的值δ(k+1)，得到简化的列出下一时刻k+1的转矩Te′(k+1)。进一步的，定义简化的下一时刻k+1的转矩Te′(k+1)如下：其中，p为极对数，Ld为d轴电感，ψf为转子磁链幅值，为下一时刻的定子磁链幅值，α为电压矢量与定子磁链的夹角，δ(k)为当前时刻的转矩角，为当前时刻定子磁链幅值，为合成的电压矢量，Δt为电压矢量作用的时间。更进一步的，下一时刻k+1的定子磁链幅值如下：进一步的，下一时刻k+1的转矩角的值δ(k+1)如下：进一步的，根据转矩绝对误差公式得到简化转矩公式与传统转矩公式的相对误差率η，通过传统转矩公式和简化转矩公式的绝对误差和相对误差验证简化转矩公式。更进一步的，相对误差率η如下：与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，先给出传统计算转矩的公式。然后在传统转矩理论公式之上，进行一系列简化，最后将简化的表达式与传统的计算公式算取二者的相对误差，分析静动态性能变化，验证方案可行性，使计算过程更加简便，减少运算次数。进一步的，下一时刻转矩的传统公式用于进行简化之后的对比，根据转矩角和定子磁链幅值公式，写出下一时刻传统转矩公式，可以和简化之后的转矩公式进行对比，将简化后的转矩公式和未简化的转矩公式进行相对误差比较，验证它的可行性。综上所述，本专利技术简化后的转矩公式可以取代传统的转矩公式，可行性更可靠。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为基于本专利技术的永磁同步电机直接转矩控制的原理框图；图2为本专利技术的原理框图；图3为本专利技术中定子磁链变化图；图4为转矩相对误差的整体视图；图5为转矩相对误差的X-Z视图；图6为转矩相对误差的Y-Z视图；图7为转矩计算方法未简化时的预测控制转矩响应图；图8为转矩计算方法简化后的预测控制转矩响应图。具体实施方式本专利技术提供了一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，通过选择电压矢量的区间和角度，在区间表给定的区间内选择电压矢量并且输出合成之后的电压矢量根据定子磁链变化图，可以写出定子磁链幅值的公式，最后得到传统转矩公式，本专利技术提出了基于DTC预测控制的简化转矩公式，通过比较两者的绝对误差和相对误差，来验证方案的可行性。本专利技术能简化转矩计算方法，且有一定的可行性。请参阅图1，首先通过定子磁链比较器和转矩比较器来确定电压矢量选择区域，再通过定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选择出最优g值，再选出最优电压矢量从而可以写出转矩公式。请参阅图2，本专利技术一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，计算转矩的步骤中，首先要求出电压矢量通过指磁链滞环比较器输出的值转矩滞环比较器输出的值τ选出电压矢量在哪一个区间，本专利技术将区间分成了四个，再将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，找出对应角度的电压矢量，具体步骤如下：S1、基于用于DTC预测控制，先给出传统转矩计算转矩公式；通过图1和图2选择出g的最小值min(g)，找出相对应的电压矢量角度，合成所需的电压矢量电压矢量可以求出定子磁链的幅值，定子磁链幅值可以求出转矩值。电压矢量的方向和大小随着时间的变化而变化，所以简化转矩计算方法，电压矢量是必须要找出来的。根据电压矢量对转矩作用，以及预测控制的思想，列出相应下一时刻k+1转矩的计算表达式，忽略定子电阻压降，施加电压矢量过后，转矩值如下所示，传统模型下一时刻k+1转矩值与下一时刻k+1转矩角和下一时刻k+1定子磁链幅值的关系如式(1)所示：请参阅图3，为电压矢量作用Δt时间后定子磁链变化图，通过图3算出下一时刻定子磁链的幅值，从而可以写出预测下一时刻转矩值，下一时刻k+1的定子磁链幅值如式(2)所示：定义q如式(3)所示：下一时刻k+1的转矩角的值如式(4)如下：传统模型下一时刻k+1的转矩值又可写成如式(5)如下：S2、在传统转矩理论公式之上，进行一系列简化；在列出下一时刻k+1的转矩后，对表达式进行变形简化：定义简化转矩表达式如式(6)所示。其中，p为极对数，Ld为d轴电感，ψf为转子磁链幅值，为下一时刻的定子磁链幅值，α为电压矢量与定子磁链的夹角，δ(k)为当前时刻的转矩角，为当前时刻定子磁链幅值，为合成的电压矢量，Δt为电压矢量作用的时间。S3、将简化的表达式与传统的计算公式算取相对误差和绝对误差，分析静动态性能变化，验证方案可行性。定义式(6)和式(5)的相对误差率η如式(8)所示：由转矩的相对误差对比图可知：当Te′(k+1)<Te(k+1)成立，两者之间的相对误差率最大为0.0067％，相对误差率越小，最终趋于平稳，转矩计算方法简化前后的转矩脉动值分别为0.3107Ngm和0.3359Ngm，因此，可以在预测控制中近似使用Te′(k+1)取代Te(k+1)。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本专利技术实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，其特征在于，通过定子磁链比较器和转矩比较器来确定电压矢量选择区域，将区域四等分，将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，选择电压矢量的区间和角度，在区间表给定的区间内选择电压矢量并且输出合成之后的电压矢量

【技术特征摘要】
1.一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，其特征在于，通过定子磁链比较器和转矩比较器来确定电压矢量选择区域，将区域四等分，将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，选择电压矢量的区间和角度，在区间表给定的区间内选择电压矢量并且输出合成之后的电压矢量根据定子磁链变化图确定定子磁链幅值，通过定子磁链幅值确定转矩公式并进行简化处理，通过传统转矩公式和简化转矩公式的相对误差验证其可行性。2.根据权利要求1所述的一种用于DTC预测控制的转矩计算简化方法，其特征在于，根据电压矢量对转矩作用，以及预测控制的思想，确定相应下一时刻k+1转矩，忽略定子电阻压降，施加电压矢量过后，确定传统模型下一时刻k+1转矩值与下一时刻k+1转矩角和下一时刻k+1定子磁链幅值的关系，得到下一时刻k+1的定子磁链幅值和下一时刻k+1的转矩角的值δ(k+1)，得到简化的列出下一时刻k+1的转矩Te′(k+1)。3.根据权利要求2所述的一种用于DT...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀华，任佳越，杨启东，师浩浩，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61