一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法，方法包括：使用零阶保持离散化对永磁电机的数学模型进行离散，使其在较低的采样频率下仍具有较好的精度；基于永磁同步电机零阶保持离散化数学模型，将dq轴电流分量分别表示为关于矢量作用时间t的函数；获取使dq轴电流预测值与参考值差值最小时对应的作用时间t

A current control method of permanent magnet synchronous motor based on the action time of variable vector

【技术实现步骤摘要】
一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法
本专利技术涉及电机系统及控制领域，尤其涉及一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法。
技术介绍
永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)采用电力电子变频器实现变频调速，具有结构紧凑、运行可靠、维护成本低、效率高等显著优点。然而，在被广泛应用的同时，永磁同步电机系统在复杂工况下也面临诸多挑战。因此，对永磁同步电机系统的控制策略进行研究具有重要理论价值和实际意义。目前，多种先进控制器已被提出用于解决低速大转矩、高压大功率等复杂工况下永磁同步电机的控制问题，其中以模型预测控制算法(MPC)最受关注[1][2]。永磁同步电机模型预测控制算法可以分为两类：连续集模型预测控制(CCS-MPC)[3]-[5]和有限集模型预测控制(FCS-MPC)[6]-[8]。有限集模型预测控制策略将逆变器的离散开关特性与电机系统的非线性特性统一考虑来解决最优化问题[9]。有限集模型预测控制策略的基本原理为：基于包含逆变器数学模型的预测模型，递推出有限个开关状态作用下电机的未来时刻的转矩或电流响应，即预测过程；通过包含预测值与参考值差值的代价函数对每种开关状态对应的未来响应进行评估，选择使代价函数值最小的一组开关状态，即最优开关状态，作为输出控制电机。随着研究的不断深入，有限集模型预测控制策略的一些缺陷也显露出来。首先，在通常情况下，连续域下的永磁同步电机数学模型通过欧拉离散化方法进行离散。然而，欧拉离散化方法在电机的采样频率较低的情况下并不适用，会带来较大的误差。其次，由于有限集模型预测控制策略采用的开关状态有限，只有八个基本电压矢量作用于减小被控目标预测值和参考值之间的误差[10][11]，并且电压矢量的作用时间固定，在电压矢量作用结束后，电流的参考值与预测值之间仍存在较大的误差，故电机在稳态运行时会出现高频、大幅度转矩波动以及不理想的高频电流谐波。相关研究人员尝试在一个离散控制周期内输出多种开关状态的组合来控制电机[12][13]，但开关频率会随之提升，开关损耗会随之加大。因此，为了提升电机电流的跟踪性能，降低高频电流谐波，进而降低电流和转矩波动，提升系统运行稳定性，对传统的模型预测电流控制策略进行改善则显得尤为必要。参考文献[1]P.Cortes,M.P.Kazmierkowski,R.M.Kennel,D.E.Quevedo,andJ.Rodriguez,“Predictivecontrolinpowerelectronicsanddrives,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.55,no.12,pp.4312–4324,Dec.2008.[2]M.H.Vafaie,B.MirzaeianDehkordi,P.Moallem,andA.Kiyoumarsi,“Anewpredictivedirecttorquecontrolmethodforimprovingbothsteady-stateandtransient-stateoperationsofthePMSM,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.31,no.5,pp.3738–3753,May.2016.[3]Kay-SoonLow,Koon-YongChiun,andKeck-VoonLing,“EvaluatinggeneralizedpredictivecontrolforabrushlessDCdrive,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.13,no.6,pp.1191–1198,Nov.1998.[4]H.T.NguyenandJ.Jung,“Finitecontrolsetmodelpredictivecontroltoguaranteestabilityandrobustnessforsurface-mountedPMsynchronousmotors,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.65,no.11,pp.8510–8519,Nov.2018.[5]H.T.Nguyen,E.Kim,I.Kim,H.H.Choi,andJ.Jung,“Modelpredictivecontrolwithmodulatedoptimalvectorforathree-phaseinverterwithanLCfilter,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.33,no.3,pp.2690–2703,Mar.2018.[6]J.Rodriguez,M.P.Kazmierkowski,J.R.Espinoza,P.Zanchetta,H.Abu-Rub,H.A.Young,andC.A.Rojas,“Stateoftheartoffinitecontrolsetmodelpredictivecontrolinpowerelectronics,”IEEETrans.Ind.Informatics,vol.9,no.2,pp.1003–1016,May.2013.[7]M.PreindlandS.Bolognani,“ModelpredictivedirectspeedcontrolwithfinitecontrolsetofPMSMdrivesystems,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.28,no.2,pp.1007–1015,Feb.2013.[8]M.Rivera,V.Yaramasu,J.Rodriguez,andB.Wu,“Modelpredictivecurrentcontroloftwo-levelfour-leginverterspartii:Experimentalimplementationandvalidation,”IEEETrans.PowerElectron.,vol.28,no.7,pp.3469–3478,Jul.2013.[9]S.Kouro,P.Cortes,R.Vargas,U.Ammann,andJ.Rodriguez,“Modelpredictivecontrol-asimpleandpowerfulmethodtocontrolpowerconverters,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.56,no.6,pp.1826–1838,Jun.2009.[10]M.R.Arahal,F.Barrero,M.G.Ortega,andC.Martin,“Harmonicanalysisofdirectdigitalcontrolofvoltageinverters,”MathematicsandComputersinSimulation,vol.130,no.SupplementC,pp.155–166,Feb.2016.[11]M.R.Arahal,F.Barrero,M.J.Duran,andC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n使用零阶保持离散化对永磁电机的数学模型进行离散，使其在较低的采样频率下仍具有较好的精度；/n基于永磁同步电机零阶保持离散化数学模型，将dq轴电流分量分别表示为关于矢量作用时间t的函数；/n获取使dq轴电流预测值与参考值差值最小时对应的作用时间t

【技术特征摘要】
1.一种基于变矢量作用时长的永磁同步电机电流控制方法，其特征在于，所述方法包括：
使用零阶保持离散化对永磁电机的数学模型进行离散，使其在较低的采样频率下仍具有较好的精度；
基于永磁同步电机零阶保持离散化数学模型，将dq轴电流分量分别表示为关于矢量作用时间t的函数；
获取使dq轴电流预测值与参考值差值最小时对应的作用时间topt，将作用时间topt及对应的候选电压矢量代入到代价函数中，选出使代价函数值最小的电压矢量作为输出以此控制永磁同步电机。


2.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋战锋，刘擎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12