一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法技术

本发明专利技术涉及一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，包含电流状态方程的离散化、预测下一时刻的理想电压矢量、扇区划分、判断选取最优电压矢量、计算最优电压矢量作用时间、获取驱动脉冲信号等步骤；设计方法通过增加每个采样周期施加电压矢量的个数，灵活选取并调节两个电压矢量及各自作用时间，使得预测结果更加接近理想电压矢量，提高系统稳定性，减小转矩脉动，获得更好的控制效果；该方法通过十二扇区划分判断理想电压矢量的位置，直接选择出两个最优电压矢量，无需利用价值函数通过遍历所有矢量的方式选取第二个最优电压矢量，从而大幅减小计算量，使模型预测控制方法更具实用性和通用性。更具实用性和通用性。更具实用性和通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法


[0001]本专利技术涉及一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，属于电机控制


技术介绍

[0002]表贴式无刷直流电机具有效率高、体积小、功率密度大、结构简单等特点，被广泛应用于工业生产、日常生活、航空航天等众多
无刷直流电机比较传统的控制方法主要有矢量控制和直接转矩控制。矢量控制的主要思想是进行矢量变换，虽然动态性能良好但是具有对电机参数依赖性大、难完全解耦等问题。直接转矩控制虽然摒弃了解耦的思想采用定子磁链定向的方法，结构简单、转矩响应快，但是同时也存在计算量大、低速性能差的问题。为了进一步提高无刷直流电机的控制性能，模型预测控制得到了学者们的广泛关注。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，能够扩大电压矢量作用范围、降低电机转矩脉动、有效降低电机控制的计算量，提高电流控制的实时性。
[0004]本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种永磁无刷直流电机矢量优选预测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，用于针对三相全桥驱动模式下的永磁无刷直流电机进行预测控制，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.根据二阶欧拉离散化，利用在旋转坐标系下的定子电流状态方程，获得下一时刻预测校正后的交直轴电流预测值，并采用无差拍预测控制思想，获得延时补偿后的当前时刻理想电压矢量，然后进入步骤B；步骤B.基于延时补偿后当前时刻理想电压矢量在α轴、β轴上的分解值，通过反正切函数，获得当前时刻理想电压矢量所对应的角度，并结合电机空间电压矢量所对应等角度划分下十二扇区中的各个待选电压矢量，获得当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量，然后进入步骤C；步骤C.根据当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量，按两最优电压矢量分别所对应作用时长之和等于采样周期，获得第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别所对应的作用时长，然后进入步骤D；步骤D.以第一最优电压矢量与第二最优电压矢量其中一个最优电压矢量所对应作用时长与采样周期的比值，构建调制波，结合预设频率的上三角载波，划分当前时刻所属采样周期中第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别作用的时长区间，再结合理想电压矢量分别所在各扇区下、预设第一最优电压矢量与第二最优电压矢量分别对应三相全桥中各桥臂的开关状态，获得当前时刻所属采样周期对应三相全桥的驱动脉冲信号，实现对永磁无刷直流电机驱动。2.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，其特征在于：所述步骤A包括如下步骤A1至步骤A3；步骤A1.根据二阶欧拉离散化，按如下公式：式中获得下一k+1时刻的电流理论精确值i
s
(k+1)，其中，i
s
(k)表示当前k时刻的电流理论精确值，e
s
(k)表示当前k时刻的反电势，L
s
表示永磁无刷直流电机中定子电感，R
s
表示永磁无刷直流电机中定子电阻，T
s
表示采样周期，然后进入步骤A2；步骤A2.利用在旋转坐标系下的定子电流状态方程，按如下：获得下一k+1时刻预测校正后的交直轴电流预测值分别在d轴、q轴上的分解值i
d
(k+1)、i
q
(k+1)，其中，i
d0
(k)、i
q0
(k)分别表示电流i
s0
(k)分别在d轴、q轴上的分解值，u
d
(k)、u
q
(k)
表示当前k时刻所属采样周期对应所选出有效电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值；然后进入步骤A3；步骤A3.采用无差拍预测控制思想，结合按如下公式：获得延时补偿后的当前k时刻理想电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值其中，分别表示当前k时刻交直轴电流给定值分别在d轴、q轴上的分解值。3.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤B1至步骤B3；步骤B1.根据延时补偿后的当前k时刻理想电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值步骤B1.根据延时补偿后的当前k时刻理想电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值按如下公式：获得当前k时刻理想电压矢量分别在α轴、β轴上的分解值其中，θ表示永磁无刷直流电机的转子位置角度，然后进入步骤B2；步骤B2.通过反正切函数如下：获得当前k时刻理想电压矢量所对应的角度γ，然后进入步骤B3；步骤B3.根据电机空间电压矢量所对应等角度划分下十二扇区中的各个待选电压矢
量，获得当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量U
vec1
、第二最优电压矢量U
vec2
。4.根据权利要求3所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，其特征在于：所述电机基本电压矢量所对应等角度划分下十二扇区，按如下操作获得；操作：首先基于电机基本电压矢量对应α轴、β轴分解下的各个待选电压矢量，构建相邻待选电压矢量之间间隔60度的六扇区划分；接着按理想电压矢量在六扇区划分中位置，选择相对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量，并按此规律构建理想电压矢量分解后在六扇区划分中的电压矢量运动轨迹；然后根据电压矢量运动轨迹，基于六扇区划分进一步将电机基本电压矢量划分为相邻之间间隔30度的十二扇区划分。5.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，其特征在于：所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C3；步骤C1.根据如下公式：获得零矢量作用时交轴电流的斜率h0，L
s
表示永磁无刷直流电机中定子电感，R
s
表示永磁无刷直流电机中定子电阻，ω
r
表示永磁无刷直流电机转子角速度，ψ
f
表示永磁无刷直流电机的永磁体磁链，然后进入步骤C2；步骤C2.根据零矢量作用时交轴电流的斜率h0，结合第一最优电压矢量U
vec1
、第二最优电压矢量U
vec2
分别在q轴上的分解值U
q_vec1
、U
q_vec2
，按如下公式：获得第一最优电压矢量U
vec1
、第二最优电压矢量U
vec2
作用时交轴电流的斜率h
vec1
、h
vec2
，然后进入步骤C3；步骤C3.根据如下公式：获得第一最优电压矢量U
vec1
、第二最优电压矢量U
vec2
分别所对应的作用时长t
vec1
、t
vec2
，表示交轴电流参考值，i
q
(k)表示当前k时刻交直轴电流理论精确值在q轴上的分解值。6.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法，其特征在于：所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3；步骤D1.以第一最优电压矢量U
vec1
所对应作用时长t
vec1
与采样周期T
s
的比值，构建调制波T
cm
，然后进入步骤D2；步骤D2.基于预设频率的上三角载波，确定调制波T
cm
大于上三角载波的时段为当前时
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，李奇峰，严颖，陈亮，贾红云，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：