一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法，该方法在六相静止坐标系下，对每相独立的进行两轮电流预测，在每个控制周期内采用两个电压矢量来对电机进行控制，结合了电流补偿容错策略，该方法提高了电机正常运行时的稳态和动态性能以及电机发生一相开路故障下的容错性能。对比于传统模型预测电流控制，本发明专利技术对电机的容错控制更加精确，简化了控制过程，系统的计算量更小，采用容错控制策略后的转矩及转速波形也更加优异，当电机发生故障时，其转速及转矩脉动与无故障状态时几乎相同，保障了电机在发生故障时能够稳定运行。定运行。定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法。

技术介绍

[0002]六相永磁容错电机采用独立的H
‑
桥逆变电路驱动，其空间电压矢量达到729种之多。在采用传统的模型预测电流控制中，需要在两相旋转坐标系下对电机进行控制，由于六相永磁容错电机控制系统电压空间矢量非常多，控制算法的计算量很大，从而会影响电机的动态性能。采用单矢量模型预测电流控制方法，输出转矩脉动较大。当电机发生故障时，虽然能够达到容错控制的效果，但容错电机在故障下的运行状态很难达到与故障前相匹配的控制效果。

技术实现思路

[0003]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法，具体包括如下步骤：
[0004]当电机在正常运行状态时，将给定转速和实际转速输入至转速调节器获得六相静止坐标系下的六相电流给定幅值，根据六相电流给定幅值和六相定子绕组位置关系计算六相电流给定值；
[0005]获得六相定子电流的反馈值，对电机电压方程进行处理得到六相电流的斜率表达式；
[0006]在一个控制周期内对每相电流进行两轮电流预测，在第一轮电流预测中，将三个备选电压值代入电流预测方程中并根据代价函数选择最优的电压值作为第一电压矢量；在第二轮电流预测中，根据电流无差拍原理并结合第一电压矢量得到第二电压矢量以及第一电压矢量和第二电压矢量的作用时间；
[0007]基于第一电压矢量和第二电压矢量及其作用时间在下一周期内对H桥逆变电路进行控制从而对电机进行控制；
[0008]当电机某相发生开路故障时，改变无故障相的参考电流波形对故障相的电流进行补偿，从而降低永磁容错电机的转矩脉动。
[0009]在第一轮电流预测和第二轮电流预测中，每相三个备选电压矢量u
x1
、u
x2
和u
x3
为：
[0010][0011]U
dc
为直流电源电压值；
[0012]在第一轮电流预测中确定第一电压矢量，根据六相永磁容错电机的强隔离特性，忽略电机各相绕组之间的互感，通过对电机电压方程进行处理得到第一轮电流预测方程
为：
[0013][0014]式中，x为1至6分别对应电机的六相，i
xnext
为预测电流值，u
x
为相绕组电压值，i
x
为反馈相电流值，R
s
为电机绕组电阻，L为电机绕组自感，ω
e
为电机转子电角速度，Ψ
f
为电机永磁体磁链，将备选电压矢量u
x1
、u
x2
和u
x3
分别代入上式得到该相三组电流预测值i
xnext1
、i
xnext2
和i
xnext3
，并将电流预测值代入代价函数中，选g＝(i
xnext
‑
i
xref
)2择使代价函数最小的电压矢量值作为第一电压矢量u
xopt1
；其中代价函数为：
[0015]在确定第一电压矢量u
xopt1
后，通过下式计算出在该电压矢量作用下的电流斜率值S
xopt1
，
[0016][0017]第二轮电流预测中，计算三个备选电压矢量u
x1
、u
x2
和u
x3
在其作用时电流的斜率值，在第二轮电流预测中，采用电流无差拍原理进行预测，其中无差拍电流预测公式为：
[0018]i
xnext
＝i
x
+S
xopt1
t
xopt1
+S
xopt2
(T
s
‑
t
xopt1
)＝i
xref
[0019]通过对该公式进行变换，获得相应电压矢量的作用时间：
[0020][0021]t
xopt2
＝T
s
‑
t
xopt1
[0022]从而每相都能得到三组包括两个电压矢量和相应的作用时间，并将其分别代入无差拍电流预测公式中得到三组电流预测值，将三组电流预测值分别代入代价函数中选择使代价函数最小的第一电压矢量和第二电压矢量及其作用时间，并通过对H桥逆变电路进行控制从而实现对电机的控制；
[0023]当电机A相发生开路故障时，通过改变无故障相的参考电流波形对故障相的电流进行补偿，无故障相的参考电流为：
[0024]i
Aref
′
＝0
[0025]i
Bref
′
＝i
Bref
+i
Aref
/3
[0026]i
Cref
′
＝i
Cref
‑
i
Aref
/3
[0027]i
Uref
′
＝i
Uref
‑
i
Aref
/3
[0028]i
Vref
′
＝i
Vref
‑
i
Aref
/3
[0029]其中，i
Aref
’
、i
Bref
’
、i
Cref
’
、i
Wref
′
＝i
Wref
+i
Aref
/3i
Uref
’
、i
Vref
’
、i
Wref
’
为经电流补偿后的六相电流参考值。
[0030]由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法，该方法可以提高永磁容错电机的稳态和动态性能，且能够保证永磁容错电机在故障时正常运行，对比传统模型预测电流控制，该方法能够改善传统模型预测电流控制过程中计算量大的问题，而且控制算法在六相静止坐标系下进行，算法更为简便，可以让电机更加可靠快速的响应。与传统的永磁容错电机控制算法相比，所提出的控制算法结合
电流补偿策略后对电机的容错控制更加精细，当电机发生故障时，其转速及转矩脉动与电机正常运行时几乎相同，能够充分提高电机运行的故障容错性能。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法，其特征在于包括：当电机在正常运行状态时，将给定转速和实际转速输入至转速调节器获得六相静止坐标系下的六相电流给定幅值，根据六相电流给定幅值和六相定子绕组位置关系计算六相电流给定值；获得六相定子电流的反馈值，对电机电压方程进行处理得到六相电流的斜率表达式；在一个控制周期内对每相电流进行两轮电流预测，在第一轮电流预测中，将三个备选电压值代入电流预测方程中并根据代价函数选择最优的电压值作为第一电压矢量；在第二轮电流预测中，根据电流无差拍原理并结合第一电压矢量得到第二电压矢量以及第一电压矢量和第二电压矢量的作用时间；基于第一电压矢量和第二电压矢量及其作用时间在下一周期内对H桥逆变电路进行控制从而对电机进行控制；当电机某相发生开路故障时，改变无故障相的参考电流波形对故障相的电流进行补偿，从而降低永磁容错电机的转矩脉动。2.根据权利要求1所述的六相永磁容错电机双矢量模型预测电流控制方法，其特征在于：在第一轮电流预测和第二轮电流预测中，每相三个备选电压矢量u
x1
、u
x2
和u
x3
为：U
dc
为直流电源电压值；在第一轮电流预测中确定第一电压矢量，根据六相永磁容错电机的强隔离特性，忽略电机各相绕组之间的互感，通过对电机电压方程进行处理得到第一轮电流预测方程为：式中，x为1至6分别对应电机的六相，i
xnext
为预测电流值，u
x
为相绕组电压值，i
x
为反馈相电流值，R
s
为电机绕组电阻，L为电机绕组自感，ω
e
为电机转子电角速度，Ψ
f
为电机永磁体磁链，将备选电压矢量u
x1
、u
x2
和u
x3
分别代入上式得到该相三组电流预测值i
xnext1
、i
xnext2
和i
xnext3
，并将电流预测值代入代价函数中，选择使代价函数最小的电压矢量值作为第一电压矢量u
xopt1
；其中代价函数为：g＝(i
xnext
‑
i
xref
)2在确定第一电压矢量u
xopt1
后，通过下式计算出在该电压矢量作用下的电流斜率值S
xopt1
，第二轮电流预测中，计算三个备选电压矢量u
x1

【专利技术属性】
技术研发人员：朱景伟，李想，岳九波，赵天瑞，何汪松，王哲，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：