一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法技术

本发明专利技术首先通过电流传感器和编码器获取k时刻的三相定子电流和转子的电角度，并根据分段线性法计算三相反电动势；然后经过坐标变换计算三相电流在k采样时刻dq坐标下的电流预测分量，并由一阶欧拉方程进一步计算三相电流在k+1采样时刻dq轴坐标下的电流预测值；接着以dq电流为控制对象，构建与dq电流有关的价值函数；然后由最优电压矢量、次最优电压矢量以及零矢量共同作用一个采样周期使得dq轴电流误差为零，并通过克莱默法则计算最优电压矢量、次最优电压矢量以及零矢量的作用时间t1、t2和t0。本发明专利技术通过运行模式的切换，扩大了无刷直流电机的转速范围并且提高了直流母线电压利用率，同时能够获得更好的动稳态性能。同时能够获得更好的动稳态性能。同时能够获得更好的动稳态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法


[0001]本专利技术涉及一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，属于电机驱动及控制领域。

技术介绍

[0002]传统直流电机采用电刷以机械方式实现换向，在换向过程中由于摩擦会带来噪声、火花以及无线电干扰等问题，缩短了电机寿命，再加上其制造成本高且维修困难等缺点，其使用范围受到极大的限制。无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)是在有刷直流电机的基础上发展起来的高性能电机。无刷直流电机具有功率密度高，调速性能好，结构可靠性高以及控制相对简单等优点，因此得到了广泛的研究与应用。离心机、搅拌器等无刷直流电机广泛应用的生产检验设备领域正朝着节能、低噪声、智能化和高可靠性方向发展。随着无刷直流电机的应用越来越广泛，人们对其要求也越来越高,其中宽速范围就是一项很重要的要求。
[0003]传统的BLDCM扩速方法主要有相位超前法，反电势抵消法和瞬时功率法。相位超前法通过开关管提前导通一定相位实现扩速，而该方法会导致电机电流过大，增加电机发热，同时增加了电机的散热成本。反电势抵消法借助逆变器反电势来抵消旋转反电势，然而这种方法增加了电机设计的复杂程度。瞬时功率法利用率瞬时无功功率与转速的关系实现扩速，由于需要实时检测无功功率，这对CPU的处理能力要求很高，扩速效果不明显。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对上述现有技术，提出一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，能够通过较为简单的控制算法进一步地扩展电机转速范围、提高直流母线电压利用率同时提高系统的动稳态响应。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，包括如下步骤：首先，给定转速参考值N
ref
；由编码器输出信号得到无刷直流电机的电角度θ
e
、电角速度ω
e
以及电机实际转速N；将电机参考转速和实际转速的转速偏差经过PI控制器得到q轴电流的参考值i
qref
，给定d轴电流参考值i
dref
＝0；由电流传感器得到k采样时刻电机三相定子电流i
a
(k)、i
b
(k)和i
c
(k)，并根据分段线性法确定三相反电动势e
a
(k)、e
b
(k)和e
c
(k)，对三相定子电流和反电动势进行Clark变换得到αβ坐标系下的分量i
α
(k)、i
β
(k)和e
α
(k)、e
β
(k)，再经过Park变换得到k采样时刻dq坐标系下的电流分量i
d
(k)、i
q
(k)和反电动势分量e
d
(k)、e
q
(k)；然后，经过一阶欧拉前馈方程得到dq坐标系下的离散化定子电流方程，从而确定在k+1采样时刻的定子电流预测值i
d
(k+1)和i
q
(k+1)；再经过预测电流价值函数滚动优化从六个有源电压矢量u
x
(x＝1,2,3,4,5,6)筛选出使得价值函数最小的电压矢量(最优电压矢量)u
opt
以及使得价值函数次最小的电压矢量(次最优电压矢量)u
sub
，分别计算出在u
opt
，u
sub
以及u0单独作用下的dq轴电流误差E
d,0
、E
d,1
、E
d,2
、E
q,0
、E
q,1
、E
q,2
，通过调制u0、u
opt
、u
sub
这三个电压矢量，
使得dq轴电流误差在一个采样周期内平均为零，通过克莱姆法则计算出u0、u
opt
、u
sub
三个电压矢量能够使得dq轴电流误差为零的作用时间t0，t1，t2，当0<t0、0<t1、0<t2且t0，t1与t2之和等于采样时间时，则由u0、u
opt
、u
sub
共同作用一个采样周期，系统运行在线性区；当t0、t1和t2的绝对值之和大于采样时间时，则由最优电压矢量作用整个采样时间，系统以单模运行在过调制区；最后输出最优逆变器开关状态。
[0007]进一步的，由编码器输出信号得到电角度θ
e
，并由式(1)得到电角速度ω
e
；接着将电机一个运行周期2π电角度分为六个状态(θ
e
∈[mπ,(m+(1/3))π],其中m＝(0,1/3,2/3,1,4/3,5/3)，可由分段线性法得到六个状态下的e
a
、e
b
和e
c
，由公式(2)得到e
a
，由公式(3)得到e
b
，由公式(4)得到e
c
；然后通过公式(5)的Clark变换得到k时刻αβ轴的反电势e
α
(k)和e
β
(k)；最后，通过公式(6)所示的Park变换得到k时刻dq轴的反电势e
d
(k)和e
q
(k)。
[0008][0009][0010][0011][0012]其中，k
e
＝2pψ
f
，p表示极对数，ψ
f
表示永磁体磁链。
[0013][0014][0015]进一步的，由电流传感器获取无刷直流电机k采样时刻的三相定子电流i
a
(k)、i
b
(k)和i
c
(k)，经公式(7)所示的Clark变换后获取k时刻定子电流在αβ轴的分量i
α
(k)和i
β
(k)，再经公式(8)的Park变换后得到dq轴的k时刻定子电流分量i
d
(k)和i
q
(k)；
[0016][0017][0018]进一步的，根据公式(9)所示的一阶前馈欧拉方程将公式(10)所示的电流微分方程离散化处理，可得到公式(11)所示的k+1时刻定子电流的预测方程。αβ轴的定子电压分量u
α
(k)和u
β
(k)与开关函数的关系可由式(12)获得。
[0019][0020][0021][0022][0023][0024]其中，i
s
(k+1)和i
s
(k)表示k+1时刻和k时刻的电流状态；U
dc
表示逆变器直流侧母线电压；S
x
表示逆变器的开关状态(S
x
＝0,1；x＝a,b,c)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，其特征在于：包括如下步骤：首先，给定转速参考值N
ref
；由编码器输出信号得到无刷直流电机的电角度θ
e
、电角速度ω
e
以及电机实际转速N；将电机参考转速和实际转速的转速偏差经过PI控制器得到q轴电流的参考值i
qref
，给定d轴电流参考值i
dref
＝0；由电流传感器得到k采样时刻电机三相定子电流i
a
(k)、i
b
(k)和i
c
(k)，并根据分段线性法确定三相反电动势e
a
(k)、e
b
(k)和e
c
(k)，对三相定子电流和反电动势进行Clark变换得到αβ坐标系下的分量i
α
(k)、i
β
(k)和e
α
(k)、e
β
(k)，再经过Park变换得到k采样时刻dq坐标系下的电流分量i
d
(k)、i
q
(k)和反电动势分量e
d
(k)、e
q
(k)；然后，经过一阶欧拉前馈方程得到dq坐标系下的离散化定子电流方程，从而确定在k+1采样时刻的定子电流预测值i
d
(k+1)和i
q
(k+1)；再经过预测电流价值函数滚动优化从六个有源电压矢量u
x
(x＝1,2,3,4,5,6)筛选出使得价值函数最小的电压矢量(最优电压矢量)u
opt
以及使得价值函数次最小的电压矢量(次最优电压矢量)u
sub
，分别计算出在u
opt
，u
sub
以及u0单独作用下的dq轴电流误差E
d,0
、E
d,1
、E
d,2
、E
q,0
、E
q,1
、E
q,2
，通过调制u0、u
opt
、u
sub
这三个电压矢量，使得dq轴电流误差在一个采样周期内平均为零，通过克莱姆法则计算出u0、u
opt
、u
sub
三个电压矢量能够使得dq轴电流误差为零的作用时间t0，t1，t2，当0<t0、0<t1、0<t2且t0，t1与t2之和等于采样时间时，则由u0、u
opt
、u
sub
共同作用一个采样周期，系统运行在线性区；当t0、t1和t2的绝对值之和大于采样时间时，则由最优电压矢量作用整个采样时间，系统以单模运行在过调制区；最后输出最优逆变器开关状态。2.根据权利要求1所述的一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，其特征在于：由编码器输出信号得到电角度θ
e
，并由式(1)得到电角速度ω
e
；接着将电机一个运行周期2π电角度分为六个状态(θ
e
∈[mπ,(m+(1/3))π],其中m＝(0,1/3,2/3,1,4/3,5/3)，可由分段线性法得到六个状态下的e
a
、e
b
和e
c
，由公式(2)得到e
a
，由公式(3)得到e
b
，由公式(4)得到e
c
；然后通过公式(5)的Clark变换得到k时刻αβ轴的反电势e
α
(k)和e
β
(k)；最后，通过公式(6)所示的Park变换得到k时刻dq轴的反电势e
d
(k)和e
q
(k)。(k)。(k)。
其中，k
e
＝2pψ
f
，p表示极对数，ψ
f
表示永磁体磁链。表示永磁体磁链。3.根据权利要求1所述的一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，其特征在于：由电流传感器获取无刷直流电机k采样时刻的三相定子电流i
a
(k)、i
b
(k)和i
c
(k)，经公式(7)所示的Clark变换后获取k时刻定子电流在αβ轴的分量i
α
(k)和i
β
(k)，再经公式(8)的Park变换后得到dq轴的k时刻定子电流分量i
d
(k)和i
q
(k)；(k)；4.根据权利要求1所述的一种两电平无刷直流电机模型预测电流过调制控制方法，其特征在于：根据公式(9)所示的一阶前馈欧拉方程将公式(10)所示的电流微分方程离散化处理，可得到公式(11)所示的k+1时刻定子电流的预测方程。...

【专利技术属性】
技术研发人员：许多，於锋，李凯凯，
申请(专利权)人：南通莱欧电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：