一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法。在表贴式永磁同步电机实时控制过程中，进行预测计算得到实际电磁转矩跟上前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间；根据动态响应时间判断前级控制器设定的转矩参考值与电机的实际电磁转矩是否存在差值，进而根据差值结果进行控制，在存在差值情况下通过产生电机转矩动态过程最优空间电压矢量进行控制，将最优空间电压矢量作用于电机，使得电机电磁转矩在最短的时间内跟上转矩参考值。本发明专利技术优化设计了表贴式永磁同步电机的整个转矩动态响应过程，使电机的转矩响应性能最优化，且具有较小的计算总量和较高的可应用性。应用性。应用性。

【技术实现步骤摘要】
一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法


[0001]本专利技术涉及了表贴式永磁同步电机高性能控制领域的一种电机预测转矩控制方法，特别是提出了一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法。

技术介绍

[0002]电机的转矩控制动态性能是衡量伺服系统总体性能的重要因素之一。高性能的转矩控制通常以磁场定向控制或直接转矩控制原理结合现代控制方法来实现。模型预测转矩控制具有性能优秀、原理简单的优势，被广泛地应用在永磁同步电机控制中。目前研究模型预测转矩控制的文献大多数着眼于降低转矩脉动、减少预测计算量上，而对提高控制动态性能方面的研究相对较少。
[0003]同时，由于电机的动态过程可能持续多个控制周期，传统单步法模型预测转矩控制只能优化改善一个控制周期内的动态响应性能，对整体响应性能的提升较为有限，而多步法模型预测转矩控制的预测域又受到系统计算性能的影响，皆缺乏对整个动态响应过程进行整体优化，达到最优的能力。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于表贴式永磁同步电机d
‑
q坐标系，α
‑
β坐标系，以及一种新型的预测旋转坐标系：ed
‑
eq坐标系的离散方程，通过优化电机整个动态过程以达到最佳动态性能的控制方法
[0005]如图1所示，本专利技术的技术方案如下：
[0006]首先，在表贴式永磁同步电机实时控制过程中，进行预测计算得到表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩跟上前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间；
[0007]然后，根据动态响应时间判断前级控制器设定的转矩参考值与表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩是否存在差值，进而根据差值结果进行控制，在存在差值情况下通过产生电机转矩动态过程最优空间电压矢量进行控制，通过空间矢量调制技术将最优空间电压矢量作用于电机，使得电机电磁转矩在最短的时间内跟上转矩参考值。
[0008]本专利技术的前级控制器是指表贴式永磁同步电机的控制系统的转矩控制器的外环闭环控制器。
[0009]本专利技术中，所述的三相坐标系是指表贴式永磁同步电机的A、B、C三相对称定子绕组的轴线分别作为a轴、b轴、c轴所形成的静止坐标系，α
‑
β坐标系是指表贴式永磁同步电机的三相坐标系通过恒相幅值变换至两相得到静止坐标系，d
‑
q坐标系是指表贴式永磁同步电机的α
‑
β坐标系通过旋转变换至转子磁链定向为d轴的同步旋转坐标系。
[0010]所述的方法具体过程如下：
[0011](1)通过三相电流采样得到三相坐标系下的电机定子电流i
a0
、i
b0
、i
c0
，i
a0
、i
b0
、i
c0
分别表示a、b、c三相各自的定子电流；通过电机上安装的传感器得到转子位置θ0、转子速度ω；将三相坐标系下的电机定子电流i
a0
、i
b0
、i
c0
通过三相到两相坐标变换得到α
‑
β坐标系下
的电流分量i
α0
、i
β0
，i
α0
、i
β0
分别表示α
‑
β坐标系下α轴和β轴各自的定子电流；再将α
‑
β坐标系下α轴和β轴各自的定子电流通过旋转坐标变换，得到d
‑
q坐标系下的电流分量i
d0
、i
q0
，i
d0
、i
q0
分别表示d
‑
q坐标系下d轴和q轴各自的定子电流；
[0012]根据d
‑
q坐标系下q轴各自的定子电流i
q0
按照以下公式获得电机电磁转矩T
e0
：
[0013][0014]其中，P表示电机的极对数，表示电机的转子磁链；
[0015](2)通过迭代法按照以下公式不断预测计算表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩跟上前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间T：
[0016][0017][0018][0019][0020]其中，为第k次迭代计算得到的预测电磁转矩，为第k次迭代得到的预测动态响应时间，R，L分别为定子电阻、定子电感；U
lim
为空间电压矢量幅值极限；f1()表示以预测动态响应时间和电机初始状态计算预测动态响应时间结束后的预测转矩响应的函数，电机初始状态指当前时刻所获得的定子电流i
α0，β0
，以及转子位置θ0，表示前级控制器设定的转矩参考值；i
ed
(0)、i
eq
(0)表示当前时刻的新型坐标系下ed轴和eq轴各自的定子电流；
[0021]当时，迭代结束，取动态响应时间T为最后一次迭代获得的预测动态响应时间即其中ε为预设精度参数；否则进行下一步迭代；
[0022](3)在获得动态响应时间T后，进行以下判断：
[0023]当T＜T
s
时，T
s
为预设的控制周期，则认为电机处于稳态，前级控制器设定的转矩参考值与表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩不存在差值，实施传统无差拍控制；
[0024]当T≥T
s
时，则认为电机处于动态过程，前级控制器设定的转矩参考值与表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩存在差值，按照以下公式计算最优空间电压矢量相位θ
U
：
[0025][0026]其中，θ(T)为新型坐标系的预测转子位置；
[0027]接着由最优空间电压矢量相位θ
U
和最优空间电压矢量的幅值U
lim
结合共同构成最优空间电压矢量，并施加于表贴式永磁同步电机。
[0028]由此根据动态响应时间与表贴式永磁同步电机的转子位置信息和转子速度信息，进一步得到使电机转矩动态过程最优空间电压矢量。
[0029]所述(2)中，新型坐标系是以预测转子位置定向获得的，预测转子位置是以动态响应时间T和转子速度采用以下公式的预测得到：
[0030]θ(T)＝ωT+θ0[0031]其中，θ(T)为预测转子位置，ω表示转子速度，θ0表示转子位置。
[0032]新型坐标系的ed轴沿预测转子位置所在的方向，eq轴是由ed轴超前90电角度获得。
[0033]所述(2)迭代中，按照以下公式设置响应时间的初值：
[0034]u
d
＝
‑
ωLi
q0
+Ri
d0
[0035][0036][0037][0038]其中：为前级控制器输出的转矩参考值，为输入迭代算法的动态响应时间初值，表示转矩参考值所对应q轴的电流参考值；u
d
表示维持当前d轴电流i
d0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法，其特征在于：首先，在表贴式永磁同步电机实时控制过程中，进行预测计算得到表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩跟上前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间；然后，根据动态响应时间判断前级控制器设定的转矩参考值与表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩是否存在差值，进而根据差值结果进行控制，在存在差值情况下通过产生电机转矩动态过程最优空间电压矢量进行控制，将最优空间电压矢量作用于电机，使得电机电磁转矩在最短的时间内跟上转矩参考值。2.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制方法，其特征在于：所述的方法具体过程如下：(1)通过三相电流采样得到三相坐标系下的电机定子电流i
a0
、i
b0
、i
c0
，i
a0
、i
b0
、i
c0
分别表示a、b、c三相各自的定子电流；通过电机上安装的传感器得到转子位置θ0、转子速度ω；将三相坐标系下的电机定子电流i
a0
、i
b0
、i
c0
通过三相到两相坐标变换得到α
‑
β坐标系下的电流分量i
α0
、i
β0
，i
α0
、i
β0
分别表示α
‑
β坐标系下α轴和β轴各自的定子电流；再将α
‑
β坐标系下α轴和β轴各自的定子电流通过旋转坐标变换，得到d
‑
q坐标系下的电流分量i
d0
、i
q0
，i
d0
、i
q0
分别表示d
‑
q坐标系下d轴和q轴各自的定子电流；根据d
‑
q坐标系下q轴各自的定子电流i
q0
按照以下公式获得电机电磁转矩T
e0
：其中，P表示电机的极对数，表示电机的转子磁链；(2)通过迭代法按照以下公式不断预测计算表贴式永磁同步电机的实际电磁转矩跟上前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间T：前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间T：前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间T：前级控制器设定的转矩参考值所需的动态响应时间T：其中，为第k次迭代计算得到的预测电磁转矩，为第k次迭代得到的预测动态响应时间，R，L分别为定子电阻、定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓艳，刘子轩，李赵凯，俞东，史婷娜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：