一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法技术

一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，步骤1：静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，平面和x‑y平面不再正交。步骤2：选择控制x‑y子平面的y轴方向电压矢量为零。步骤3：根据伏秒平衡原理，可以求出对应矢量的作用时间，此时在子平面一共得到8个非零合成矢量。这些合成矢量可以保证x‑y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗。步骤4：应用上述合成矢量。步骤5：零矢量和步骤3中的8个非零合成矢量共提供9个可选矢量，由上述技术方案可知，本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术提供的五相永磁同步电机一相开路预测控制，将合成矢量应用到故障后的模型预测电流控制中，具体具有以下优点：1）代价函数中不再包含

A One-Phase Open-Circuit Predictive Current Control Method for Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor

A one-phase open-circuit predictive current control method for five-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) is presented. Step 1: The static coordinate transformation matrix is non-decoupled, and the plane and x_y plane are no longer orthogonal. Step 2: Select the y-axis direction voltage vector to control the x_y subplane to be zero. Step 3: According to the principle of volt-second balance, the action time of corresponding vectors can be calculated. At this time, a total of eight non-zero composite vectors can be obtained in the sub-plane. These synthetic vectors can ensure that the y-axis current component of the x_y harmonic plane is zero, thus reducing the system loss. Step 4: Apply the above synthetic vectors. Step 5: The zero vector and the eight non-zero synthetic vectors in step 3 provide nine optional vectors. From the above technical scheme, the beneficial effect of the present invention is that the one-phase open-circuit predictive control of the five-phase permanent magnet synchronous motor provided by the present invention applies the synthetic vector to the model predictive current control after the fault, which has the following advantages: 1) The cost function is no longer included.

【技术实现步骤摘要】
一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法
本专利技术涉及一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制，属于多相电动机的控制

技术介绍
在要求低压大功率和高可靠性的场合，相比于传统的三相电机，多相电机驱动系统获得了越来越多的关注，比如电动汽车、船舶电力推进、全电飞机、风力发电等。容错性能是多相电机驱动系统一个突出的特点，当一相或几相绕组发生故障时，利用相数的冗余，在不改变电路硬件结构的前提下，通过适当的控制策略，能够实现故障后的无扰容错运行。电机故障主要包括开路和短路两种形式，而短路故障可以通过故障隔离等效为开路形式。故障发生后，系统不再对称，会产生大量谐波电流和脉动转矩，影响控制系统的性能。现有的多相系统容错控制方法主要有两种：一种是基于解析法的滞环电流控制，通过求解多元非线性方程组，得到剩余健康相电流的相位和幅值参考，然后通过滞环比较的方式实现对电流的控制，但该方法计算复杂，无法实现在线计算，并且不适用于大功率场合。另一种采用空间矢量解耦的方法，建立电机故障后的降维解耦数学模型，并实现基于转子磁场定向的矢量控制，但不同故障类型对应的降维解耦模型不同，算法缺乏通用性。有限集模型预测电流控制采用离散的系统状态方程，直接预测下个控制周期被控对象的状态，然后枚举逆变器的开关状态，通过迭代选择出使目标代价函数最小的开关状态作为最优解输出。预测电流控制算法简单，可以同时实现多目标优化，易于在线实现。但其也存在明显的问题：在线计算量大；代价函数中包含多个性能约束时，权重系数的设计复杂。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，其目的是解决以往所存在的问题，其针对现有的技术缺陷，在故障后的预测控制中，使用合成矢量可以有效减小计算量，同时代价函数中不再包含谐波平面的变量，权重系数设计简单。技术方案：为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1：为保证故障后α-β平面的定子电流为圆形轨迹，静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，α-β平面和x-y平面不再正交。步骤2：对于具有一个中性点并且不与直流母线中点相连的五相电机而言，一相开路后，除去中性点电流之和为零这一约束，系统还有3个控制自由度，其中控制磁链幅值和转矩的α-β子平面占据两个，因此系统还剩余1个可控自由度，此时选择控制x-y子平面的y轴方向电压矢量为零。步骤3：为了使x-y子平面的y轴方向合成电压矢量为零，根据伏秒平衡原理，可以求出对应矢量的作用时间，此时在α-β子平面一共得到8个非零合成矢量。这些合成矢量可以保证x-y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗。步骤4：应用上述合成矢量，代价函数由简化为其中，k1、k2和k3为权重系数；为第k+1个采样时刻的电流参考值，Iα(k+1)、Iβ(k+1)、Iy(k+1)为第k+1个采样时刻的电流实际值。步骤5：零矢量和步骤3中的8个非零合成矢量共提供9个可选矢量，最优开关状态Sopt的选择过程如下：将电压矢量带入离散后的预测模型中，得到定子电流在下个控制周期的预测值。将预测电流带入代价函数J，比较选择出代价函数最小的Jmin。获得Jmin的电压矢量所对应的开关状态，即为Sopt。优点效果：由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的五相永磁同步电机一相开路预测控制，将合成矢量应用到故障后的模型预测电流控制中，具体具有以下优点：1)代价函数中不再包含谐波项，简化了权重系数的选择。2)每个采样时刻的迭代次数从16次变为9次，可以有效减小系统的计算量。附图说明图1为电压源逆变器驱动的五相永磁同步电机连接图；图2为五相永磁同步电机一相开路后的电压矢量分布图；其中图2a和2b分别为A相开路后电压矢量在α-β子平面和x-y子平面的分布图；图3为合成矢量在α-β子平面的分布图。图4为基于合成矢量的五相永磁同步电机一相开路预测电流控制框图。图5为逆变器最优开关状态Sopt的选择流程图。具体实施方式一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法：步骤1：为保证故障后α-β平面的定子电流为圆形轨迹，静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，α-β平面和x-y平面不再正交。步骤2：对于具有一个中性点并且不与直流母线中点相连的五相电机而言，一相开路后，除去中性点电流之和为零这一约束，系统还有3个控制自由度，其中控制磁链幅值和转矩的α-β子平面占据两个，因此系统还剩余1个可控自由度，此时选择控制x-y子平面的y轴方向电压矢量为零。步骤3：为了使x-y子平面的y轴方向合成电压矢量为零，根据伏秒平衡原理，可以求出对应矢量的作用时间，此时在α-β子平面一共得到8个非零合成矢量。这些合成矢量可以保证x-y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗。步骤4：应用上述合成矢量，代价函数由简化为其中，k1、k2和k3为权重系数；为第k+1个采样时刻的电流参考值，Iα(k+1)、Iβ(k+1)、Iy(k+1)为第k+1个采样时刻的电流实际值。步骤5：零矢量和步骤3中的8个非零合成矢量共提供9个可选矢量，最优开关状态Sopt的选择过程如下：将电压矢量带入离散后的预测模型中，得到定子电流在下个控制周期的预测值。将预测电流带入代价函数J，比较选择出代价函数最小的Jmin。获得Jmin的电压矢量所对应的开关状态，即为Sopt。下面结合附图，以对称五相永磁同步电机A相开路为例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。图1是两电平电压源逆变器驱动的对称五相永磁同步电动机，其中五相永磁同步电动机定子绕组为星型连接，且无中线连出，相绕组在空间上相差2π/5的电角度。由于电机绕组在结构上完全对称，因此以A相开路为例不失一般性，图2a和2b分别给出了A相开路后电压矢量在α-β子平面和x-y子平面的分布。A相开路后，电机处于不对称状态，A相中会产生感应电动势，但由于开路，A相绕组不再参与机电能量转换，建立缺相后的非解耦静止变换矩阵。相比于故障前，故障后的电压矢量由32个变为16个，其中包含两个零矢量。用0和1代表逆变器上桥臂的通断，0代表断开，1代表导通，则逆变器的每一种开关状态均对应一个四位二进制数，从高位到低位依次为EDCB,图2a和2b中电压矢量的序号为二进制数所对应的十进制数，例如11代表1011，表示E、C、B三相的逆变器均为上桥臂导通，而D相逆变器为下桥臂导通。图3给出了缺相故障后α-β子平面内合成矢量的分布。A相开路后，除去中性点电流之和为零这一约束，系统还有3个控制自由度，其中控制磁链幅值和转矩的α-β子平面占据两个，因此系统还剩余1个可控自由度，以x-y子平面的y轴方向电压矢量为零作为矢量合成的目标。下面以合成矢量Vim8来说明矢量合成的原则，具体方法如下：根据图2b中的矢量1和矢量11的幅值以及相位，由伏秒平衡原理可以求出当矢量1和矢量11作用时间分别为0.618Ts和0.382Ts时，二者在y轴方向的合成电压矢量为零，其中Ts为采样周期。然后再根据矢量1和矢量11在图2a中的分布，可以求出二者在α-β子平面所对应的合成矢量，记为Vim8。需要特别指出的是图2b中的矢量6和矢量9在x-y子平面上的y轴分量自然为零，因此不需要进行上述矢量合成，图2a中的矢量9和矢量6分别对应于图3中的合成矢量V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：为保证故障后α‑β平面的定子电流为圆形轨迹，静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，α‑β平面和x‑y平面不再正交；步骤2：对于具有一个中性点并且不与直流母线中点相连的五相电机而言，一相开路后，选择控制x‑y子平面的y轴方向电压矢量为零；步骤3：根据伏秒平衡原理，能够求出对应矢量的作用时间，此时在α‑β子平面一共得到8个非零合成矢量；这些合成矢量能够保证x‑y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗；步骤4：应用上述合成矢量，代价函数由

【技术特征摘要】
1.一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：为保证故障后α-β平面的定子电流为圆形轨迹，静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，α-β平面和x-y平面不再正交；步骤2：对于具有一个中性点并且不与直流母线中点相连的五相电机而言，一相开路后，选择控制x-y子平面的y轴方向电压矢量为零；步骤3：根据伏秒平衡原理，能够求出对应矢量的作用时间，此时在α-β子平面一共得到8个非零合成矢量；这些合成矢量能够保证x-y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗；步骤4：应用上述合成矢量，代价函数由简化为其中，k1、k2和k3为权重系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志锋，朱春海，毕猛，王凯东，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21