一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法。首先，利用矢量合成原理构建12个有源虚拟电压矢量与1个零虚拟电压矢量，减少待评估矢量的同时实现谐波子平面的谐波电流抑制；其次，构建仅涉及定子磁链的价值函数，消除传统模型预测转矩控制带来的权重系数调节问题；再次，使用价值函数评估13个虚拟电压矢量，计算对应的价值函数值；最后，确定最优作用矢量集合，并计算集合中矢量的占空比，输出对应的PWM脉冲作用于逆变器。本发明专利技术方法不仅能够降低系统计算负担、抑制谐波子平面的谐波电流、提高系统稳态性能、固定逆变器开关频率，而且保留了传统模型预测控制动态响应快的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法
本专利技术涉及一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，属于电机驱动与控制领域。
技术介绍
随着电力电子技术与高性能微处理器的发展，多相电机驱动技术逐渐进入人们的视野。比起三相电机，多相电机拥有诸多显著优势，如高容错能力、高功率密度、低转矩脉动、高效率以及较低的单相功率定额等，十分适用于大功率的应用场景，如电动汽车、船舶推进等。在多种多相电机拓扑中，由于不对称六相PMSM消除了6次谐波及其导致的转矩脉动，该拓扑已经成为国内外学者的研究热点。模型预测控制具有控制思想简单、动态响应快、易于实现多目标控制等优势得到了学者们的广泛关注。然而，目前模型预测控制多应用于三相电机驱动。现阶段拓展至非对称六相PMSM的模型预测控制算法仍具有稳态性能差、开关频率不固定、权重系数调节困难等问题。因此，研究一种能够提高系统稳态性能、实现逆变器开关频率固定和无需权重系数调节工作的非对称六相PMSM模型预测控制系统具有广阔的应用前景。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述状况，提出一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，能够提高系统稳态性能、实现逆变器开关频率固定且无需引入额外的权重系数。技术方案：一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，包括如下步骤：步骤1：采样主电路的直流母线电压udc、转速n、转子角度θ、六相定子电流iabc与iuvw；步骤2：利用坐标变换模块计算dq坐标系下定子电流id与iq；步骤3：通过转速控制器获取电磁转矩给定值同时，利用给定磁链矢量计算模块计算定子磁链矢量给定值步骤4：针对13个虚拟电压矢量，利用电流与磁链预测模块计算第(k+1)时刻的定子磁链矢量ψs(k+1)；步骤5：根据定子磁链给定值与预测值，通过价值函数评估模块得到13个虚拟电压矢量vvj对应的价值函数值g(vvj)(j＝0,…,12)；步骤6：比较价值函数值g(vvj)，利用最优控制矢量集确定模块获得最优作用矢量集合SVVopt，然后利用占空比计算模块计算SVVopt中矢量的占空比d0与dopt；步骤7：根据最优作用矢量集合SVVopt及其对应的占空比，利用PWM生成模块产生PWM信号，控制逆变器工作。进一步的，步骤3中，所述定子磁链矢量给定值计算方法具体为：对于非对称六相永磁同步电机，其磁链方程与转矩方程表达为Te＝3Pn(ψdiq-ψqid)(2)式中，ψd与ψq分别表示磁链的d轴与q轴分量；Ld与Lq分别表示电感的d轴与q轴分量；ψf表示永磁体磁链；Te表示电磁转矩；Pn表示极对数；结合id＝0控制策略，并将式(2)代入式(1)以消去电流项，进一步将转矩表示为关于磁链的方程，即根据式(4)计算出定子磁链的d轴与q轴分量给定值，即式中，与分别为定子磁链的d轴与q轴分量给定值；将式(4)写成矢量形式，即有式中，表示定子磁链矢量给定值。进一步的，步骤4中，所述13个虚拟电压矢量的合成方法为：首先，定义非对称六相PMSM基本电压矢量：采用八进制数[SaSbSc]-[SuSvSw]对基本电压矢量进行编码，其中，Sk＝1表示k相上桥臂开关管导通，Sk＝0表示k相下桥臂开关管导通，且k＝a，b，c，u，v或w；所述基本电压矢量表示为v[SaSbSc]-[SuSvSw]；基于所述基本电压矢量的定义，所述13个虚拟电压矢量包括1个零虚拟电压矢量与12个有源虚拟电压矢量；具体的，零虚拟电压矢量vv0由v0-0与v7-7合成得到，且两者作用时间比例为1:1；有源虚拟电压矢量vv1由v6-5与v4-4合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv2由v4-0、v6-4以及v7-6合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115；有源虚拟电压矢量vv3由v2-4与v6-6合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv4由v0-2、v2-6以及v6-7合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115；有源虚拟电压矢量vv5由v3-6与v2-2合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv6由v2-0、v3-2以及v7-3合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115；有源虚拟电压矢量vv7由v1-2与v3-3合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv8由v0-1、v1-3以及v3-7合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115；有源虚拟电压矢量vv9由v5-3与v1-1合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv10由v1-0、v5-1以及v7-5合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115；有源虚拟电压矢量vv11由v4-1与v5-5合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv12由v0-4、v4-5以及v5-7合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2115。进一步的，步骤4中，所述第(k+1)时刻的定子磁链矢量ψs(k+1)的计算方法具体为：非对称六相PMSM的电压方程表达如下式中，vd与vq分别表示定子电压的d轴与q轴分量；R表示绕组内阻；ωr为电角速度；采用一阶欧拉法对式(6)与(1)进行离散化，得到电流与磁链的预测模型，即式中，(k)表示第k时刻，(k+1)表示第(k+1)时刻；则第(k+1)时刻的定子磁链矢量ψs(k+1)表示为ψs(k+1)＝ψd(k+1)+jψq(k+1)(9)。进一步的，步骤5中，所述价值函数仅包含磁链矢量约束，如式(10)所示进一步的，步骤6中，所述最优作用矢量集合SVVopt包括零虚拟电压矢量与最优有源虚拟电压矢量，即SVVopt＝{vv0,vvopt}(11)其中，最优有源虚拟电压矢量vvopt为最小化价值函数(10)的有源虚拟电压矢量，即g(vvopt)＝ming(vvj)，1≤j≤12(12)进一步的，步骤6中，所述占空比d0与dopt分别表示虚拟电压零矢量vv0与最优有源虚拟电压矢量vvopt的占空比，计算方法为有益效果：(1)本专利技术提供的模型预测控制方法利用磁链约束消除了传统模型预测转矩控制方法中权衡转矩分量与磁链分量的权重系数；(2)利用虚拟电压矢量策略抑制谐波电流，进一步消除了权衡基波分量与谐波分量的权重系数；(3)通过占空比优化的方法，提高了系统的稳态性能；(4)结合虚拟矢量与占空比优化方法，实现了逆变器开关频率固定；(5)保留了传统模型预测控制算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：采样主电路(1)的直流母线电压u

【技术特征摘要】
1.一种计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采样主电路(1)的直流母线电压udc、转速n、转子角度θ、六相定子电流iabc与iuvw；
步骤2：利用坐标变换模块(2)计算dq坐标系下定子电流id与iq；
步骤3：通过转速控制器(3)获取电磁转矩给定值同时，利用给定磁链矢量计算模块(4)计算定子磁链矢量给定值
步骤4：针对13个虚拟电压矢量(5)，利用电流与磁链预测模块(6)计算第(k+1)时刻的定子磁链矢量ψs(k+1)；
步骤5：根据定子磁链给定值与预测值，通过价值函数评估模块(7)得到13个虚拟电压矢量vvj对应的价值函数值g(vvj)(j＝0,…,12)；
步骤6：比较价值函数值g(vvj)，利用最优控制矢量集确定模块(8)获得最优作用矢量集合SVVopt，然后利用占空比计算模块(9)计算SVVopt中矢量的占空比d0与dopt；
步骤7：根据最优作用矢量集合SVVopt及其对应的占空比，利用PWM生成模块(10)产生PWM信号，控制逆变器工作。


2.根据权利要求1所述的计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，其特征在于，步骤3中，所述定子磁链矢量给定值计算方法具体为：
对于非对称六相永磁同步电机，其磁链方程与转矩方程表达为



Te＝3Pn(ψdiq-ψqid)(2)
式中，ψd与ψq分别表示磁链的d轴与q轴分量；Ld与Lq分别表示电感的d轴与q轴分量；ψf表示永磁体磁链；Te表示电磁转矩；Pn表示极对数；
结合id＝0控制策略，并将式(2)代入式(1)以消去电流项，进一步将转矩表示为关于磁链的方程，即



根据式(4)计算出定子磁链的d轴与q轴分量给定值，即



式中，与分别为定子磁链的d轴与q轴分量给定值；将式(4)写成矢量形式，即有



式中，表示定子磁链矢量给定值。


3.根据权利要求1所述的计及占空比优化的非对称六相PMSM模型预测磁链控制方法，其特征在于，步骤4中，所述13个虚拟电压矢量的合成方法为：
首先，定义非对称六相PMSM基本电压矢量：采用八进制数[SaSbSc]-[SuSvSw]对基本电压矢量进行编码，其中，Sk＝1表示k相上桥臂开关管导通，Sk＝0表示k相下桥臂开关管导通，且k＝a，b，c，u，v或w；所述基本电压矢量表示为v[SaSbSc]-[SuSvSw]；
基于所述基本电压矢量的定义，所述13个虚拟电压矢量包括1个零虚拟电压矢量与12个有源虚拟电压矢量；具体的，零虚拟电压矢量vv0由v0-0与v7-7合成得到，且两者作用时间比例为1:1；有源虚拟电压矢量vv1由v6-5与v4-4合成得到，且两者作用时间比例为0.269:0.731；有源虚拟电压矢量vv2由v4-0、v6-4以及v7-6合成得到，且三者作用时间比例为0.2115:0.577:0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：於锋，刘兴，胡德林，葛天天，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32