十二相驱动系统的模型预测控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种十二相驱动系统的模型预测控制方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：对十二相驱动系统的所有可能开关状态信息进行简化，得到最终开关状态信息；分别获取k时刻的变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息；基于十二相电机的空间矢量解耦模型构建k时刻的预测模型，并通过预测模型预测k+2时刻的预测电流值；构建目标函数，并将四个子平面的电流值和预测电流值代入目标函数，选出最终开关状态信息中最小的目标函数值对应的开关状态，得到k+1时刻的各桥臂驱动信号。该方法减小两个权重系数的选择，在实现对谐波电流的单独控制的同时，简化十二相电机驱动系统中的模型预测控制算法，降低计算的复杂度。

Model Predictive Control Method and Device for Twelve-Phase Driving System

【技术实现步骤摘要】
十二相驱动系统的模型预测控制方法及装置
本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种十二相驱动系统的模型预测控制方法及装置。
技术介绍
近年来，多相电机因其较高的控制灵活度，较低的转矩脉动，较强的容错性能等优势，得到了广泛的关注和研究。越来越多的应用于三相电机的控制技术推广到了多相电机中，如FOC(Field-OrientedControl，矢量控制)、DTC(DirectTorqueControl，直接转矩控制)以及MPC(ModelPredictiveControl，模型预测控制)。与前两种控制方法相比，MPC的动态响应速度快，方法直观，应用于多变量系统中较简单，而且控制的自由度高，方便将各种非线性约束和限制条件加到控制算法中。随着数字处理器计算能力的提高，MPC有非常好的应用前景。目前在电机控制领域常用的MPC算法有两种：FCS-MPC(FiniteControlSetModelPredictiveControl，有限控制集模型预测控制)和CCS-MPC(ContinuousControlSetModelPredictiveControl，连续控制集模型预测控制)。其中FCS-MPC直接考虑开关状态，不需要调制技术，而且其离散特性也更方便应用于实际中。目前为止，对多相电机MPC技术的研究大多还是相数较低的五相和双三相电机，对更高相数的电机研究较少。但随着相数的提高，相互正交的平面数增加；与此同时，系统的开关状态总数呈指数增长，相应地计算量也呈指数增加，使得对更高相数电机的控制更加困难。文献ModelPredictiveDirectFluxVectorControlofMulti-three-PhaseInductionMotorDrives采用多d-q变换法，研究了多三相感应电机的CCS-MPC的应用。该方法方便将三相电机的技术应用于多三相电机中，但无法分析出多相电机谐波电流大的原因。有鉴于此，对于相数高于六的电机，如何能够更好的结合MPC技术，实现对谐波电流进行单独控制，并能够简单直观的分析出多相电机谐波电流大的原因，同时将计算量控制在可接受的范围内，这些问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种十二相驱动系统的模型预测控制方法，该方法简单直观，计算量小，可以实现谐波电流的单独控制，控制自由度高。本专利技术的另一个目的在于提出一种十二相驱动系统的模型预测控制装置。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了十二相驱动系统的模型预测控制方法，包括所述十二相驱动系统包括四套三相绕组电机和四套三相变流器，每套三相绕组电机的对应相之间相差15°且中性点相互隔离，所述四套三相绕组电机分别由第一至第四变流器驱动，其中，所述方法包括以下步骤：对所述十二相驱动系统的所有可能开关状态信息进行简化处理，得到所述十二相驱动系统的最终开关状态信息；分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，并对所述输出电流值进行空间矢量解耦VSD(VectorSpaceDecomposition)变换，以分别得到第一至第四子平面的电流值；构建所述十二相驱动系统k时刻的预测模型，并通过两步预测法得到k+1时刻的预测模型，进而k+2时刻的预测电流值；构建目标函数，并将所述第一至第四子平面的电流值和所述预测电流值代入所述目标函数，选出所述最终开关状态信息中最小的目标函数值对应的开关状态，得到k+1时刻的各桥臂驱动信号。本专利技术实施例的十二相驱动系统的模型预测控制方法，将十二相永磁同步电机作为一个整体，对变流器供电的十二相电机驱动系统存在的4096种开关状态进行简化，只考虑α-β平面内最大24个电压矢量对应的24种开关状态以及一种零开关状态，并根据各开关状态在各谐波平面内的幅值比例分配权重系数，减小了两个权重系数的选择，在保证控制性能的同时，简化了十二相电机驱动系统中的MPC算法，降低了计算的复杂度，可以对谐波电流进行单独的控制，控制自由度高。另外，根据本专利技术上述实施例的十二相永磁同步电机整体模型预测控制方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，包括：建立所述第一至第四变流器的第一数学模型，其中，所述第一至第四变流器的输出电压表示为：us＝Udc·M·S，其中，Udc表示直流电压；S＝[SA1SB1SC1SA2SB2SC2SA3SB3SC3SA4SB4SC4]T，下标A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4表示变流器的各个输出相，SA1、SB1、SC1、SA2、SB2、SC2、SA3、SB3、SC3、SA4、SB4、SC4表示变流器各相桥臂的开关状态，等于1时表示上桥臂导通，下桥臂关断，0时则相反，M＝diag(M0，M0，M0，M0)。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述构建所述十二相驱动系统的预测模型，包括：建立十二相永磁同步电机的第二数学模型；利用前向欧拉法将所述第二数学模型进行离散，以获得离散化电机模型；根据所述离散化电机模型构建所述k时刻的预测模型。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述k+2时刻的预测电流值是采用所述两步预测法对所述k时刻的预测模型进行预测，得到k+1时刻的预测模型，进而得到k+2时刻的预测电流值。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述最终开关状态信息包括α-β平面内24个最大电压矢量对应的24种非零开关状态，以及1种零开关状态，其中，所述零开关状态的选择原则为使开关动作次数最小。为达到上述目的，本专利技术另一方面提出了一种十二相驱动系统的模型预测控制装置，所述十二相驱动系统包括四套三相绕组电机和四套三相变流器，每套三相绕组电机的对应相之间相差15°且中性点相互隔离，所述四套三相绕组电机分别由第一至第四变流器驱动，其中，所述装置包括：开关状态构建模块，用于对所述十二相驱动系统的所有可能开关状态信息进行简化处理，得到所述十二相驱动系统的最终开关状态信息；采集变换模块，用于分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，并对所述输出电流值进行空间矢量解耦VSD(VectorSpaceDecomposition)变换，以分别得到第一至第四子平面的电流值；预测模型构建模块，用于构建所述十二相驱动系统的预测模型，并通过两步预测法得到k+1时刻的预测模型，进而预测模型预测k+2时刻的预测电流值；目标函数构建模块，用于构建目标函数，并将所述第一至第四子平面的电流值和所述预测电流值代入所述目标函数，选出所述最终开关状态信息中最小的目标函数值对应的开关状态，得到k+1时刻的各桥臂驱动信号。本专利技术实施例的十二相驱动系统的模型预测控制装置，将十二相永磁同步电机作为一个整体，对变流器供电的十二相电机驱动系统存在的4096种开关状态进行简化，只考虑α-β平面内最大24个电压矢量对应的24种开关状态以及一种零开关状态，并根据各开关状态在各谐波平面内的幅值比例分配权重系数，减小了两个权重系数的选择，在保证控制性能的同时，简化了十二相电机驱动系统中的MPC算法，降低了计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种十二相驱动系统的模型预测控制方法，其特征在于，所述十二相驱动系统包括四套三相绕组电机和四套三相变流器，每套三相绕组电机的对应相之间相差15°且中性点相互隔离，所述四套三相绕组电机分别由第一至第四变流器驱动，其中，所述方法包括以下步骤：对所述十二相驱动系统的所有可能开关状态信息进行简化处理，得到所述十二相驱动系统的最终开关状态信息；分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，并对所述输出电流值进行空间矢量解耦变换，以分别得到第一至第四子平面的电流值；构建所述十二相驱动系统k时刻的预测模型，并通过两步预测法得到k+1时刻的预测模型，进而预测k+2时刻的预测电流值；以及构建目标函数，并将所述第一至第四子平面的电流值和所述预测电流值代入所述目标函数，选出所述最终开关状态信息中最小的目标函数值对应的开关状态，得到k+1时刻的各桥臂驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种十二相驱动系统的模型预测控制方法，其特征在于，所述十二相驱动系统包括四套三相绕组电机和四套三相变流器，每套三相绕组电机的对应相之间相差15°且中性点相互隔离，所述四套三相绕组电机分别由第一至第四变流器驱动，其中，所述方法包括以下步骤：对所述十二相驱动系统的所有可能开关状态信息进行简化处理，得到所述十二相驱动系统的最终开关状态信息；分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，并对所述输出电流值进行空间矢量解耦变换，以分别得到第一至第四子平面的电流值；构建所述十二相驱动系统k时刻的预测模型，并通过两步预测法得到k+1时刻的预测模型，进而预测k+2时刻的预测电流值；以及构建目标函数，并将所述第一至第四子平面的电流值和所述预测电流值代入所述目标函数，选出所述最终开关状态信息中最小的目标函数值对应的开关状态，得到k+1时刻的各桥臂驱动信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别获取在k时刻的所述第一至第四变流器输出电流值、直流电压值、转速和转子位置信息，包括：建立所述第一至第四变流器的第一数学模型，其中，所述第一至第四变流器的输出电压表示为：us＝Udc·M·S，其中，Udc表示直流电压；S＝[SA1SB1SC1SA2SB2SC2SA3SB3SC3SA4SB4SC4]T，下标A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4表示变流器的各个输出相，SA1、SB1、SC1、SA2、SB2、SC2、SA3、SB3、SC3、SA4、SB4、SC4表示变流器各相桥臂的开关状态，等于1时表示上桥臂导通，下桥臂关断，0时则相反，M＝diag(M0，M0，M0，M0)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建所述十二相驱动系统的预测模型，包括：建立十二相永磁同步电机的第二数学模型；利用前向欧拉法将所述第二数学模型进行离散，以获得离散化电机模型；根据所述离散化电机模型构建所述k时刻的预测模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述k+2时刻的预测电流值是采用所述两步预测法对所述k时刻的预测模型进行预测，得到k+1时刻的预测模型，进而得到k+2时刻的预测电流值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终开关状态信息包括α-β平面内24个最大电压矢量对应的24种非零开关状态，以及1种零开关状态，其中，所述零开关状态的选择原则为使开关动作次数最小。6.一种十二相驱动系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜新建，陈碧阳，吕静亮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11