The invention relates to voltage vector optimization control of two motors of five-leg inverters, in order to effectively improve the control accuracy of the motor, reduce the torque ripple of the motor and reduce the harmonic current of the motor. According to the control error of two permanent magnet motors, the optimal voltage vector of one permanent magnet motor is selected first, and then the optimal voltage vector of another permanent magnet motor is selected from the voltage vector limited by the common bridge arm. At the same time, the duty cycle model predictive control is used for both permanent magnet motors in this control method. That is to calculate the action time of the optimal voltage vector selected by the value function, so that the optimal voltage vector only acts as part of the control period, and the rest of the time is acted by the zero voltage vector. The invention is mainly applied to voltage vector optimization control of two motors of a five-leg inverter.
【技术实现步骤摘要】
五桥臂两永磁电机系统优化模型预测控制装置和方法
本专利技术涉及一种五桥臂逆变器两电机电压矢量优化控制方法，属于多电机控制领域。特别是涉及一种应用于五桥臂两永磁电机系统的优化模型预测控制方法。
技术介绍
近年来随着现代工业技术的发展，在诸如电动汽车、重载提升等一些行业常需要驱动两台电机同时运行，以改善传统单电机驱动可靠性较低、控制性能差、系统机械传动机构复杂、单台电机功率要求较高等问题。在两永磁电机控制中，五桥臂逆变器是一种较好的容错方案，得到了广泛的研究，即采用五桥臂逆变器独立地控制两台三相电机。此方法可以节省两个功率器件，降低系统成本；此外，当传统六桥臂逆变器的一相发生故障时，其也可以作为一种很好的容错控制方案。五桥臂逆变器两永磁电机系统的控制目标是：在保持两台三相电机控制独立性的情况下，尽量降低两台电机的转矩波动和电流谐波。传统模型预测控制由于一个控制周期内由单矢量作用，两台电机的运行性能较差。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种方法，能够在不改变五桥臂两永磁电机系统硬件电路的基础上，有效地提高电机的控制精度，降低电机转矩波动，减小电机电流...
【技术保护点】
1.一种五桥臂逆变器两永磁电机系统优化模型预测控制方法，其特征是，采用五桥臂控制两台永磁电机，两台永磁电机共用C相桥臂，依照两台永磁电机的控制误差来优先选择某台永磁电机的最优电压矢量，再从受公共桥臂限制的电压矢量中为另一台永磁电机选出最优电压矢量；同时该控制方法中对两台永磁电机均采用占空比模型预测控制，即计算被价值函数选择出的最优电压矢量的作用时间，让最优电压矢量只作用控制周期的一部分，其余时间由零电压矢量作用。
【技术特征摘要】
1.一种五桥臂逆变器两永磁电机系统优化模型预测控制方法，其特征是，采用五桥臂控制两台永磁电机，两台永磁电机共用C相桥臂，依照两台永磁电机的控制误差来优先选择某台永磁电机的最优电压矢量，再从受公共桥臂限制的电压矢量中为另一台永磁电机选出最优电压矢量；同时该控制方法中对两台永磁电机均采用占空比模型预测控制，即计算被价值函数选择出的最优电压矢量的作用时间，让最优电压矢量只作用控制周期的一部分，其余时间由零电压矢量作用。2.如权利要求1所述的五桥臂逆变器两永磁电机系统优化模型预测控制方法，其特征是，所有变量的下标i分别代表永磁同步电机1和永磁同步电机2，i＝1,2；所有变量下标d、q分别代表两相旋转d-q坐标系下d轴和q轴分量；ω1ref和ω2ref分别为两电机的参考转速；ω1和ω2分别为两电机的实际转速；和分别为两电机d轴定子电流给定值；id1(k)和id2(k)分别为当前控制周期两电机d轴定子电流实际值；和分别为两电机q轴定子电流给定值；iq1(k)和iq2(k)分别为当前控制周期两电机q轴定子电流实际值；θ1(k)和θ2(k)分别为当前控制周期两电机的转子角位置；FL-VSI表示五桥臂电压源逆变器；PMSM1和PMSM2为两台永磁同步电机，则单台永磁同步电机的电压方程为：式中，udi、uqi为d轴和q轴的定子电压分量；Rsi为定子电阻；idi、iqi为d轴和q轴的定子电流分量；p为电机的极对数；ωi为永磁电机的转速；ψdi、ψqi为d轴和q轴的定子磁链分量；ψdi、ψqi表示为式中，Ldi、Lqi分别为d轴和q轴的电感值；ψfi为转子永磁体磁链。当所选电机为表贴式永磁同步电机时，Ldi＝Lqi＝Li，由式(1)和式(2)得电流状态方程为采用一阶欧拉离散法将式(3)离散化可得式中，udi(k)、uqi(k)分别为当前控制周期d轴和q轴定子电压实际值；idi(k)、iqi(k)分别为当前控制周期d轴和q轴定子电流实际值；Ts为控制周期；idi(k+1)、iqi(k+1)分别为下一个控制周期d轴和q轴定子电流的预测值；具体预测控制步骤：1、两永磁电机系统电气量采集与计算，包括：1.1、速度环采用PI控制器，采用增量式编码器采集两台电机的实际转速，并将采集到的实时转速信号传输至微处理器，然后令每台电机参考转速和实际转速相减得到控制电机所需的转速误差，参考转速和实际转速的差值经过PI控制器产生q轴给定电流iqi*，d轴给定电流idi*为0；1.2、在当前控制周期内，采用霍尔电流传感器采集两台电机的三相定子电流，在微处理器内将上述三相定子电流作Clark变换，变换为在两相静止α-β坐标系上的定子电流分量：式中，ia1(k)、ib1(k)、ic1(k)、ia2(k)、ib2(k)、ic2(k)分别为两台电机在当前控制周期内的三相定子电流；iα1(k)、iβ1(k)、iα2(k)、iβ2(k)分别为两台电机在当前控制周期内两相静止α-β坐标系上的定子电流分量；1.3、在当前控制周期内，采用增量式编码器获取两台电机的转子角位置，并将两台电机在两相静止α-β坐标系上的定子电流分量作Park变换，变换为两相旋转d-q坐标系上的定子电流分量；式中，θ1(k)、θ2(k)分别为两台电机在当前控制周期内的转子角位置，id1(k)、iq1(k)、id2(k)、iq2(k)分别为两台电机在当前控制周期内d轴和q轴定子电流实际值；1.4、采用霍尔电压传感器采集直流侧电压，并将采集到的直流侧电压信号传输至微处理器；2、优化模型预测控制在每个控制周期内判断两台电机的q轴电流偏差，优先考虑q轴电流偏差大的电机，比较|iq1*-iq1(k)|与|iq2*-iq2(k)|的大小，确定首选电机和次选电机，偏差大的为首选电机，偏差小的为次选电机，先给首选电机选择合适的电压矢量和零矢量，使得q轴电流尽可能达到给定，再为次选电机选择合适的电压矢量和零矢量，从而使得两台电机的q轴电流一直处于动态调节过程中。3.如权利要求2所述的五桥臂逆变器两永磁电机系统优化模型预测控制方法，其特征是，更进一步地，两台永磁电机的价值函数为：式中，λa，λb，λc，λd为各项的权重系数，通过调节价值函数gm1，gm2中的各项权重系数λa，λb，λc，λd可以对电机的某项参数进行优先控制；PMSM1为偏差大的首选电机，PMSM2为次选电机，为两台电机确定电压矢量及作用时间：2.1、首选电机电压矢量及作用时间的确定2.1.1、将控制PMSM1的6个有效电压矢量u1n进行Clark变换和Park变换，得到当前控制周期d轴和q轴定子电压实际值ud1(k)、uq1(k)，依次代入式(4)进行计算，得到每一个有效电压矢量作用下，下一个控制周期d轴和q轴定子电流的预测值id1(k+1)、iq1(k+1)；2.1.2、将每一个有效电压矢量作用下d轴和q轴定子电流的预测值id1(k+1)、iq1(k+1)代入价值函数gm1计算，并进行优次排序，选择使价值函数最小的有效电压矢量u1n为最优电压矢量u1_op；2.1.3、计算最优电压矢量u1_op的作用时间t1。以q轴电流为控制目标，按照无差拍的思想来计算最优电压矢量的作用时间，即在一个采样周期中，通过分配最优电压矢量和零电压矢量作用时间使得iq1在k+1时...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿强，巨永龙，夏长亮，王慧敏，谷鑫，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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