空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法技术

本发明专利技术涉及一种空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，先基于表面式永磁同步电机获得转矩和定子磁链的简化计算公式；根据获得的简化计算公式推导得出实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值；基于理想电压矢量的角度和幅值，采用空间矢量调制和快速矢量选择相结合的方法产生出基本电压矢量，完成无差拍控制。本发明专利技术先根据无差拍思想与转矩简化模型，推导并计算得到理想电压矢量的角度与幅值，使用空间矢量调制与快速矢量选择相结合的方法生成基本电压矢量，以减小电压矢量无法调制所带来的影响，消除控制滞后的影响，提高永磁同步电机系统的性能，减小响应时间，实现精确控制。

Deadbeat Control Method Combining Space Vector Modulation with Fast Vector Selection

【技术实现步骤摘要】
空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法
本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法。
技术介绍
永磁同步电机无差拍预测控制是基于对象数学模型的控制，其主要思想是基于当前拍的参数，施加相应的电压矢量，使下一时刻的转矩与磁链和其参考值分别相等。传统的永磁同步电机转矩控制系统中，想实现相应的控制必然存在着一拍滞后的影响，而无差拍控制则可以消除控制滞后的影响，提升系统响应的快速性和运行的平稳性。传统的永磁同步电机无差拍预测控制通常基于离散化模型，但模型相对复杂，增加了计算运行的时间和复杂程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，简化模型，能够减少响应时间。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：包括以下步骤：步骤一：基于表面式永磁同步电机获得转矩和定子磁链的简化计算公式；步骤二：根据步骤一获得的简化计算公式推导得出实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值；步骤三：基于理想电压矢量的角度和幅值，采用空间矢量调制和快速矢量选择相结合的方法产生出基本电压矢量，完成无差拍控制。进一步地，转矩和定子磁链的简化计算公式的获得步骤具体包括：首先定义当前时刻为k，下一时刻为k+1，转矩值与转矩角和定子磁链幅值的关系如式(1)所示：其中，p为极对数，ψf为转子磁链幅值，Te(k+1)为下一时刻的转矩，为下一时刻的定子磁链幅值，δ(k+1)为下一时刻的转矩角；下一时刻的定子磁链幅值如式(2)所示：其中，为k时刻的定子磁链幅值，为k时刻施加的电压矢量的幅值，Δt为施加电压矢量的时间，α为施加的电压矢量在静止坐标系中与x轴的夹角；定义q如式(3)所示：下一时刻的转矩角的值如式(4)如下：传统模型下一时刻的转矩值能够写成如式(5)所示：其中，Ld为d轴电感，式(5)经简化后获得转矩和定子磁链的简化计算公式。进一步地，步骤一中转矩和定子磁链的简化计算公式为：进一步地，步骤二中，实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值的推导过程如下：表面式永磁同步电机下一时刻理想的定子磁链与转矩值与下一时刻定子磁链与转矩的参考值相等，即其中，为下一时刻的参考转矩，为下一时刻的参考定子磁链幅值；假设下一时刻定子磁链和转矩参考值近似为当前时刻的定子磁链和转矩参考值，即为其中，为当前时刻的参考转矩，为当前时刻参考定子磁链；故理想的转矩与磁链误差应为：其中，为理想的转矩误差，为理想的定子磁链误差；同时有：其中，ΔTe为实际转矩误差，为实际定子磁链误差；由式(1)和转矩和磁链的简化计算公式得到：综上所述：化简得：若与cosα同号，则α为理想施加电压矢量角度，若异号，则α+180°为理想施加电压矢量角度。进一步地，理想施加电压矢量幅值为：进一步地，空间矢量调制是用两个基本电压矢量与零电压矢量合成所需电压矢量；快速矢量选择是当理想电压矢量角度位于某一非零电压矢量±30°区间，则备选电压矢量集合为该电压矢量。进一步地，当理想电压矢量小于等于合成的所需电压矢量最大电压幅值，采用空间矢量调制方法合成矢量，当理想电压矢量幅值超过合成的所需电压矢量幅值的最大值，此时采用快速矢量选择方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提出一种基于简化模型的无差拍控制方法，首先根据无差拍思想与转矩简化模型，推导出简化的无差拍控制模型，计算得到理想电压矢量的角度与幅值，并使用空间矢量调制与快速矢量选择相结合的方法生成基本电压矢量，以减小电压矢量无法调制所带来的影响，消除控制滞后的影响，提高永磁同步电机系统的性能，减小响应时间，实现精确控制。附图说明图1是空间矢量调制图；图2是快速矢量选择图；图3是本专利技术的流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。步骤一：基于表面式永磁同步电机，先给出转矩和定子磁链的简化计算公式。步骤一中，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)转矩的简化计算表达式。忽略定子电阻压降，施加电压矢量过后，转矩值如下所示。传统模型下一时刻转矩值Te与下一时刻转矩角δ和下一时刻定子磁链幅值的关系如式(1)所示：其中，p为极对数，ψf为转子磁链幅值，Te(k+1)为下一时刻的转矩，为下一时刻的定子磁链幅值，δ(k+1)为下一时刻的转矩角。这里下一时刻的定子磁链幅值如式(2)所示：其中，为k时刻的定子磁链幅值，为k时刻施加的电压矢量的幅值，Δt为施加电压矢量的时间，α为施加的电压矢量在静止坐标系中与x轴的夹角。这里定义q如式(3)所示：下一时刻的转矩角的值如式(4)所示：传统模型下一时刻的转矩值又可写成如式(5)如下：其中，Ld为d轴电感。经简化后其表达式如(6)所示：步骤二：在简化计算公式的基础上，推导得出实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值。步骤二中，在列出下一时刻(k+1)简化的转矩后，利用无差拍思想，得出理想电压矢量的角度和幅值。根据无差拍思想，表面式永磁同步电机下一时刻理想的定子磁链与转矩值应与下一时刻定子磁链与转矩的参考值相等，即其中，为下一时刻的参考转矩，为下一时刻的参考定子磁链幅值。在采样频率较高的条件下，下一时刻定子磁链和转矩参考值可以近似为当前时刻的定子磁链和转矩参考值，即为其中，为当前时刻的参考转矩，为当前时刻参考定子磁链。故理想的转矩与定子磁链误差应为：其中，为理想的转矩误差，为理想的定子磁链误差。同时有其中，ΔTe为实际转矩误差，为实际定子磁链误差。由(1)、(6)得到综上所述化简可得若与cosα同号，则α为理想施加电压矢量角度，若异号，则α+180°为理想施加电压矢量角度。理想施加电压矢量幅值为：步骤三：基于理想电压矢量的角度和幅值采用空间矢量调制和MPC结合的方法产生出最接近理想电压矢量的基本电压矢量。步骤三中，得到理想电压矢量和幅值之后，采用空间矢量调制和快速矢量选择结合的方法产生出最接近理想电压矢量的基本电压矢量。空间矢量调制是用两个基本电压矢量与零电压矢量合成所需电压矢量。以所需电压矢量位于基本电压矢量和之间为例，空间矢量调制技术如图1所示，其中γ为所需电压矢量与的夹角，T1和T2分别为基本电压矢量和作用时间，和幅值固定，V是基本电压矢量的幅值，Udc是母线电压幅值。由正弦定理得：故基本电压矢量和作用时间为：零电压矢量的作用时间T0为：T0＝Ts-T1-T2(17)空间矢量调制最大的电压幅值为简化之后快速矢量选择方法如图2所示，当理想电压矢量角度位于某一非零电压矢量±30°区间，则备选电压矢量集合为该电压矢量。其中，到都是基本电压矢量，每个相隔60度，当理想电压矢量小于等于空间矢量调制所能合成的所需电压矢量的最大幅值，如式19所示，采用空间矢量调制方法合成矢量，当理想电压矢量幅值超过空间矢量调制所能合成的所需电压矢量的最大幅值，则会出现空间矢量调制无法生成理想电压矢量的情况。此时实际输出电压矢量并不是理想电压矢量，而是部分合成的电压矢量，即出现T1+T2＞Ts的情况，此时采用快速矢量选择方法；具体见图1和图2。图3是本专利技术的流程图，首先通过电机当前的参数：参考转矩、实际转矩、参考磁链幅值、实际磁链幅值、转矩角来确定转矩误差和磁链误差，再通过式(13)计算出理想电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：基于表面式永磁同步电机获得转矩和定子磁链的简化计算公式；步骤二：根据步骤一获得的简化计算公式推导得出实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值；步骤三：基于理想电压矢量的角度和幅值，采用空间矢量调制和快速矢量选择相结合的方法产生出基本电压矢量，完成无差拍控制。

【技术特征摘要】
1.空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：基于表面式永磁同步电机获得转矩和定子磁链的简化计算公式；步骤二：根据步骤一获得的简化计算公式推导得出实现无差拍控制的理想电压矢量的角度和幅值；步骤三：基于理想电压矢量的角度和幅值，采用空间矢量调制和快速矢量选择相结合的方法产生出基本电压矢量，完成无差拍控制。2.根据权利要求1所述的空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，其特征在于：转矩和定子磁链的简化计算公式的获得步骤具体包括：首先定义当前时刻为k，下一时刻为k+1，转矩值与转矩角和定子磁链幅值的关系如式(1)所示：其中，p为极对数，ψf为转子磁链幅值，Te(k+1)为下一时刻的转矩，为下一时刻的定子磁链幅值，δ(k+1)为下一时刻的转矩角；下一时刻的定子磁链幅值如式(2)所示：其中，为k时刻的定子磁链幅值，为k时刻施加的电压矢量的幅值，Δt为施加电压矢量的时间，α为施加的电压矢量在静止坐标系中与x轴的夹角；定义q如式(3)所示：下一时刻的转矩角的值如式(4)如下：传统模型下一时刻的转矩值能够写成如式(5)所示：其中，Ld为d轴电感，式(5)经简化后获得转矩和定子磁链的简化计算公式。3.根据权利要求2所述的空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法，其特征在于：步骤一中转矩和定子磁链的简化计算公式为：4.根据权利要求3所述的空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀华，周逸凡，秦玉贵，赵承辉，秦辉，苏锦仕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61