一种固定开关频率的直接模型预测控制方法技术

本发明专利技术涉及电机驱动及控制技术领域，尤其涉及一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，包括以下步骤：S1：获取静止坐标系下定子电流给定值i

【技术实现步骤摘要】
一种固定开关频率的直接模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及电机驱动及控制
，尤其涉及一种固定开关频率的直接模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机(PMSM)以其体积小、结构简单、调速范围广等优点，在电动汽车、航空航天、机械制造等领域得到了广泛关注与应用。就电机控制策略而言，文献J.Rodriguez,et al.Latest Advances of Model Predictive Control in Electrical Drives—Part II:Applications and Benchmarking with Classical Control Methods[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2022,37(5):5047
‑
5061.指出，现代微处理器的巨大计算能力推动了对高性能驱动器的不同控制技术的研究，模型预测控制(MPC)就是其中之一。该策略的使用不需要线性化电机的方程，设计线性控制器和使用脉宽调制。但其也存在一些待优化的问题，如可变开关频率问题。文献许萌,郭辉.NPC三电平逆变器目标合成固定开关频率MPC[J].电力电子技术,2021,55(05):136
‑
140.指出，可变开关频率的问题，将使得开关器件损耗不确定，且影响到输出滤波器的设计，不适用于对开关频率敏感的大功率传动场合。因此，研究固定开关频率的模型预测控制势在必行。
[0003]现有技术包括将多个有源电压矢量合成一个虚拟矢量进行固定开关频率控制、结合低通滤波器与脉宽调制器进行开关频率固定、通过扇区定位最优矢量从而二次分配最优开关序列等。但依然存在计算负担大、应用场合限制、影响动态性能的问题。
[0004]因此，为解决上述技术问题，本专利技术提出一种固定开关频率的直接模型预测控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，该方法利用电流梯度计算进行开关状态选择，实现了开关频率固定，保持了直接多目标控制方法跟踪性能好、瞬态速度快的优点；将多目标优化问题转变为单目标优化问题，避免了复杂的调优工作，减轻系统计算负担。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：
[0007]一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，包括如下步骤：
[0008]S1：采集并存储当前采样周期的三相电流i
abc
、永磁同步电机电角度θ、应用开关状态u(t0‑
)，获取静止坐标系下定子电流给定值i
sref
(s＝α,β)，从而使得转速稳定在设定值；
[0009]S2：根据前一时刻存储的u(t0‑
)配置开关序列输入模块，定义6种开关状态序列U
n
(n＝1
‑
6)，根据切换原则，保证了固定的开关频率；
[0010]S3：将采集的三相电流i
abc
经过坐标变换获得静止坐标系下的定子电流值i
s
(t0)，配置电流梯度计算模块，获得一周期内四个时刻段对应的电流梯度值m(t0)～m(t3)，为价值函数的建立提供基础；
[0011]S4：对于六个开关序列，依次进行价值函数G的最小化求解，获取六个三元组解，t
z
，U
z
，J
z
，(z＝1
‑
6)，再从六组解中取出G
z
最小化的对应的开关切换时间t
*
＝[t
1*
t
2*
t
3*
]T
与开关序列U
*
＝[u
*T
(t0)u
*T
(t1)u
*T
(t2)u
*T
(t3)]T
，从而产生PWM信号控制逆变器工作，实现开关管的控制，驱动电机。
[0012]优选地，所述步骤S2中，6种开关状态序列的定义方法为：根据开关信号每一相切换的顺序，按照式(1)确定开关序列U
n
；
[0013][0014]当采集到的应用开关状态u(t0‑
)为[1 1 1]T
时，有时，有时，有
[0015]当采集到的应用开关状态u(t0‑
)为[
‑1ꢀ‑1ꢀ‑
1]T
时，将上式定义所有元素符号取反则是对应的开关序列定义结果。
[0016]优选地，所述步骤S3中，电流梯度值的获取方法为：采集当前时刻的三相电流i
abc
，经过坐标变换获得静止坐标系下的定子电流值i
s
(t0)(s＝α,β)；通过式(2)获得一个周期内四个开关切换时刻对应的电流梯度值m(t0)～m(t3)；
[0017][0018]其中
[0019][0020][0021]式中，L
s
为电机定子电感，V
dc
为直流母线电压值。
[0022]优选地，所述步骤S4中，开关切换时间与开关序列的求取方法为：将最终定义的开关序列U1‑
U6依次代入式(5)，从而获得六个开关序列对应的开关切换时间，再将时间代入式(6)，选出其值最小时对应的开关切换时间t
*
＝[t
1*
t
2*
t
3*
]T
与开关序列U
*
＝[u
*T
(t0)u
*T
(t1)u
*T
(t2)u
*T
(t3)]T
，从而实现开关管的控制；
[0023][0024]其中M、r对应矩阵如式(6)所示；
[0025][0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]1、相比于传统的MPC控制方案存在系统开关频率变化，因而不适用于对开关频率敏感的大功率传动场合的问题；本专利技术所采用的固定开关频率的直接模型预测控制方法，利用电流梯度计算一个采样周期中的开关序列，通过允许每个相位在每个采样周期内切换一次，保证了固定的切换频率。
[0028]2、相比于现有的利用扇区定位、低通滤波器的固定开关频率控制问题存在计算负担重、谐波电流大、动态性能恶化等问题；本专利技术将开关时间作为唯一的优化变量，将多目标优化问题转变为单目标优化问题，避免了复杂的调优工作；而开关序列是根据电流梯度计算来的，因此又确保了系统稳态电流跟踪性能好、瞬态响应速度快的优点。
[0029]3、本专利技术提出的固定开关频率的直接模型预测控制方法，利用电流梯度计算，在
每个采样周期中推导出可能的开关序列，通过允许每个相位在每个采样周期内切换一次，保证了固定的切换频率。将开关时间作为唯一的优化变量，将多目标优化问题变成了单目标优化问题，避免了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，其特征在于，该模型预测控制方法包括如下步骤：S1：采集并存储当前采样周期的三相电流i
abc
、永磁同步电机电角度θ、应用开关状态u(t0‑
)，获取静止坐标系下定子电流给定值i
sref
，s＝α,β；S2：根据前一时刻存储的u(t0‑
)配置开关序列输入模块，定义6种开关状态序列U
n
，n＝1
‑
6；S3：将采集的三相电流i
abc
经过坐标变换获得静止坐标系下的定子电流值i
s
(t0)，配置电流梯度计算模块，获得一周期内四个时刻段对应的电流梯度值m(t0)～m(t3)；S4：对于六个开关序列，依次进行价值函数G的最小化求解，获取六个三元组解，t
z
，U
z
，J
z
，z＝1
‑
6，再从六组解中取出G
z
最小化的对应的开关切换时间t
*
＝[t
1*
t
2*
t
3*
]
T
与开关序列U
*
＝[u
*T
(t0)u
*T
(t1)u
*T
(t2)u
*T
(t3)]
T
，从而产生PWM信号控制逆变器工作，驱动电机。2.根据权利要求1所述的一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，6种开关状态序列的定义方法为：根据开关信号每一相切换的顺序...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来武，顾菊平，於锋，张新松，杨慧，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：