一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法技术

本发明专利技术提供一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法，涉及多相电机控制技术领域。本发明专利技术把合成矢量应用到模型预测控制中，通过省略控制模型中数值比较小的项来简化预测模型，同时根据前两个时刻的系统状态和选择的电压矢量，判断磁链的大致位置，根据不同的系统状态和磁链位置判断出下一时刻应选择的电压矢量，减小了需要预测的电压矢量，减小了系统的计算量。计算量。计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法


[0001]本专利技术涉及多相电机控制
，尤其涉及一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法。

技术介绍

[0002]与三相电机相比，多相电机有转矩脉动小、功率密度高、运行稳定等优点使得其迅速发展。同时由于电机相数的增加，电压矢量呈指数型增长，这极大的增高了电机的控制难度。模型预测控制因控制变量多变、反应速度快、控制原理简单等特点逐渐从众多控制方法中脱颖而出。与传统的控制方法不同，模型预测控制需要对价值函数进行优化，对不同的控制目标有着不同的价值函数。模型预测控制包括连续控制集(CCS
‑
MPC)和有限控制集(FCS
‑
MPC)，其中连续控制集模型预测控制需要求得参考电压矢量，并且预测模型中包含约束条件。有限控制集模型预测控制最主要的特点在于电压矢量不需要进行PWM调制，首先筛选出满足控制目标的电压矢量，然后将所有的开关状态都带入预测模型中，通过迭代选择使目标函数最小的开关状态，可以获得快速的电流动态响应。然而，由于多相电机的电压矢量数量多会引起其预测控制计算量大、电压矢量选择困难。因此，针对多相电机的模型预测控制，减少计算量，优化权重系数等依旧是研究的重点和难点。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法，在减小多相电机模型预测控制计算量的同时，利用合成矢量的优点，改善电机运行过程中电流谐波大的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0005]一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：根据空间解耦矩阵，把六相电压源逆变器的64个电压矢量映射到三个空间中；其中αβ空间的电压矢量在电机运行过程中会产生电磁转矩，而z1z2空间的电压矢量会产生谐波不会产生电磁转矩，按下式计算出αβ空间和z1z2空间的电压分布：
[0007][0008]其中，s表示逆变器的开关函数，s
i
＝1代表上桥臂导通而下桥臂关断，s
i
＝0则恰好相反，i＝A,B,C,U,V,W；V
dc
表示逆变器直流母线电压；v
αβ
和v
z1z2
为αβ空间和z1z2空间的幅值；
[0009]根据电压矢量幅值的不同将电压矢量分为四组：V
M
、V
L
、V
B
和V
S
，，四种矢量的幅值如下所示：
[0010][0011]其中，V
M
、V
L
、V
B
和V
S
分别为电压矢量的幅值；
[0012]步骤2：选择αβ空间中同一方向上幅值为V
L
和V
M
的两个电压矢量进行合成，通过分配两个电压矢量的作用时间，使两个电压矢量在一个控制周期内的z1z2平面的电压分量为零，计算出两个电压矢量的作用时间，如下式：
[0013][0014]其中，T1是幅值为V
L
的电压矢量在一个控制周期内的作用时间，T2是幅值为V
M
的电压矢量在一个控制周期内的作用时间，|vv
1_αβ
|是电压矢量合成后在αβ空间的幅值，|vv
1_z1z2
|是电压矢量合成后在z1z2空间的幅值；
[0015]将公式(2)的电压幅值带入到公式(3)中，计算出两个电压矢量的作用时间和电压幅值，计算结果如下所示：
[0016][0017]步骤3：根据模型预测控制算法，构造新的预测模型；把步骤2合成后的电压矢量代入到预测模型中，构造出基于合成矢量的预测模型，如下式所示；
[0018][0019]其中，i
d1
和i
q1
为第一个电压矢量作用后的电流值，i
d
(k)和i
d
(k)为k时刻的电流值， R
s
为定子绕组的电阻，L
d
＝L
q
为绕组电感，ω为磁链旋转角速度，u
d1
(k)、u
d2
(k)、u
q1
(k) 和u
q2
(k)分别为两个电压矢量的dq轴分量，把i
d1
和i
q1
代入i
d
(k+1)和i
q
(k+1)中得到完整的基于合成矢量的电流预测模型，如下：
[0020][0021]步骤4：对步骤3基于合成矢量的电流预测模型进行简化；将基于合成矢量的电流预测模型展开，T
S
＝T1+T2，T
S
为采用周期，T1和T2的数值很小，两者相乘以后的数值可忽略不计，忽略掉含有T1、T2相乘的项，得到简化后的电流预测模型，如下：
[0022][0023]根据相同的方法计算出基于合成矢量的磁链预测简化模型，如下：
[0024][0025]步骤5：根据上一时刻的转矩差值和当前时刻的转矩差值，判断系统的状态变化；
[0026]步骤6：根据系统两个时刻的状态和电压矢量对系统物理量的作用效果，判断出当前时刻定子磁链的大致位置；电压矢量对定子磁链和转矩的作用效果如下式所示：
[0027][0028]其中，p为电机极对数，ψ
f
为转子磁链，ψ
S
为定子磁链，L
s
为定子电感，T
e
为电磁转矩， V
sy
为电压矢量的垂直分量，I
sy
为定子电流的垂直分量，δ为转矩角；
[0029]若系统k
‑
1时刻的转矩误差大于B
T
，k
‑
1时刻选择的电压矢量与磁链的夹角约为90
°
，此时磁链的位置与电压矢量成垂直关系；若系统k
‑
1时刻的转矩误差小于B
T
，k
‑
1时刻选择的电压矢量与磁链的夹角约为30
°
，此时磁链的位置与电压矢量的位置大致成平行关
系；
[0030]步骤7：通过k时刻的转矩误差和磁链位置判断下一时刻的应选择的电压矢量；
[0031]当系统k时刻的转矩误差大于B
T
时，若k
‑
1时刻磁链的位置与电压矢量成垂直关系，此时应选择一个与磁链垂直的电压矢量；
[0032]当系统k时刻的转矩误差小于B
T
时，若k
‑
1时刻磁链的位置与电压矢量成垂直关系，此时应选择一个与磁链平行的电压矢量；
[0033]当系统k时刻的转矩误差大于B
T
时，若k
‑
1时刻磁链的位置与电压矢量成平行关系，此时应选择一个与磁链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据空间解耦矩阵，把六相电压源逆变器的64个电压矢量映射到三个空间中；其中αβ空间的电压矢量在电机运行过程中会产生电磁转矩，而z1z2空间的电压矢量会产生谐波不会产生电磁转矩，按下式计算出αβ空间和z1z2空间的电压分布：其中，s表示逆变器的开关函数，s
i
＝1代表上桥臂导通而下桥臂关断，s
i
＝0则恰好相反，i＝A,B,C,U,V,W；V
dc
表示逆变器直流母线电压；v
αβ
和v
z1z2
为αβ空间和z1z2空间的幅值；根据电压矢量幅值的不同将电压矢量分为四组：V
M
、V
L
、V
B
和V
S
，，四种矢量的幅值如下所示：其中，V
M
、V
L
、V
B
和V
S
分别为电压矢量的幅值；步骤2：选择αβ空间中同一方向上幅值为V
L
和V
M
的两个电压矢量进行合成，通过分配两个电压矢量的作用时间，使两个电压矢量在一个控制周期内的z1z2平面的电压分量为零，计算出两个电压矢量的作用时间，如下式：其中，T1是幅值为V
L
的电压矢量在一个控制周期内的作用时间，T2是幅值为V
M
的电压矢量在一个控制周期内的作用时间，|vv
1_αβ
|是电压矢量合成后在αβ空间的幅值，|vv
1_z1z2
|是电压矢量合成后在z1z2空间的幅值；将公式(2)的电压幅值带入到公式(3)中，计算出两个电压矢量的作用时间和电压幅值，计算结果如下所示：步骤3：根据模型预测控制算法，构造新的预测模型；把步骤2合成后的电压矢量代入到预测模型中，构造出基于合成矢量的预测模型，如下式所示；
其中，i
d1
和i
q1
为第一个电压矢量作用后的电流值，i
d
(k)和i
d
(k)为k时刻的电流值，R
s
为定子绕组的电阻，L
d
＝L
q
为绕组电感，ω为磁链旋转角速度，u
d1
(k)、u
d2
(k)、u
q1
(k)和u
q2
(k)分别为两个电压矢量的dq轴分量，把i
d1
和i
q1
代入i
d
(k+1)和i
q
(k+1)中得到完整的基于合成矢量的电流预测模型，如...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志锋，邸琪深，孙全增，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：