一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法及系统，属于电力电子技术领域，解决了现有技术中模型预测控制方法难以避免主观因素的影响，准确性低，设计复杂的问题。包括根据选定的控制变量采集kT

【技术实现步骤摘要】
一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]间接矩阵变换器无中间直流储能环节，可以实现能量双向流动，具有结构紧凑、集成度高等优点，在造纸纺织、石油钻采、金属轧制、航空航天等对变频器体积要求严格的工业应用中具有巨大优势。同时，随着微处理器的发展，模型预测电流控制以其结构简单、易于处理约束优化及多变量非线性控制问题，具有良好的动态响应速度和稳态控制精度等优点，逐渐成为应用于电力电子变换器与电机驱动的新兴控制方法。
[0003]模型预测电流方法通过变量预测和价值函数评估选取出系统最优开关组合状态。为了统一价值函数中不同控制变量误差的量纲差异，模型预测电流控制需要设计系数用以调节不同控制变量的权重，以达到期望的控制性能。目前，权重系数主要采用经验整定法选取，通过经验整定后得到的权重系数在一定程度上可以改善系统的控制性能，但是经验整定法不仅依赖主观经验，而且需要进行大量的对比实验，增加了设计的复杂度，同时也难以适应复杂多变的工况条件，也无法得到间接矩阵变换器驱动的永磁同步电机系统的最优性能。
[0004]因此，现有的模型预测电流控制方法难以避免主观因素的影响，准确性低，设计复杂，无法得到永磁同步电机最优的控制方式。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法及系统，用以解决现有模型预测控制难以避免主观因素的影响，准确性低，设计复杂的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，包括以下步骤：
[0007]根据选定的控制变量采集kT
s
时刻永磁同步电机系统的系统信息，得到(k+2)T
s
时刻逆变级不同开关状态下的各控制变量值，进而得到(k+2)T
s
时刻各控制变量的误差项集合；
[0008]在(k+2)T
s
时刻不同开关状态下对各控制变量的误差项进行约束；
[0009]将各控制变量的误差项按大小进行排序后，选择误差项较小的预设个数的误差项，构成得到各控制变量的第一误差项集合，并得到其对应的开关状态，构成各控制变量相应的第一开关状态集合；
[0010]基于控制变量重要程度以及各控制变量的第一误差项集合、第一开关状态集合，得到最优开关状态，并将其作为间接矩阵变换器逆变级在(k+1)T
s
时刻的桥臂开关状态，以实现对永磁同步电机的预测控制；
[0011]其中，k和T
s
分别表示永磁同步电机系统的控制周期序数和控制周期。
[0012]进一步地，通过执行以下步骤得到最优开关状态：
[0013]获取重要程度最高的控制变量，并得到该控制变量对应的第一误差项集合；
[0014]获取各控制变量的第一开关状态集合中开关状态相同的开关状态；
[0015]以最重要的控制变量对应的第一误差项集合中误差项大小作为判断依据，从所述开关状态相同的开关状态中选择该控制变量误差项最小的开关状态作为最优开关状态。
[0016]进一步地，还包括选择各控制变量中重要程度次重要的控制变量剩余的误差项，构成该控制变量的第二误差项集合，并得到其对应的开关状态，构成该控制变量相应的第二开关状态集合；
[0017]当各控制变量的第一开关状态集合中不存在开关状态相同的开关状态时，
[0018]获取各控制变量中次重要的控制变量，并得到该控制变量对应的第二误差项集合；
[0019]获取各控制变量中最重要控制变量对应的第一开关状态和次重要控制变量对应的第二开关状态集合中开关状态相同的开关状态；
[0020]以次重要的控制变量对应的第二误差项集合中误差项的大小为依据，从开关状态相同的开关状态中选择该控制变量误差项最小的开关状态作为最优开关状态。
[0021]进一步地，选择误差项较小的3个误差项，构成得到各控制变量的第一误差项集合。
[0022]进一步地，所述控制变量选定为d轴、q轴电流跟踪误差，其中，q轴电流跟踪误差重要程度大于d轴电流跟踪误差；所述采集的系统信息包括：采集kT
s
时刻永磁同步电机的转子机械角速度、转子位置角和三相电流，以及，间接矩阵变换器的三相输入电压和逆变级桥臂开关状态。
[0023]进一步地，通过以下方式得到(k+2)T
s
时刻逆变级不同开关状态下的各控制变量值，进而得到(k+2)T
s
时刻各控制变量的误差项集合：
[0024]基于采集的kT
s
时刻永磁同步电机的转子机械角速度和设定的转子机械角速度给定值，得到kT
s
时刻d轴、q轴电流给定值；
[0025]基于采集的kT
s
时刻永磁同步电机的转子位置角和三相电流，间接矩阵变换器的三相输入电压和逆变级桥臂开关状态，得到(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂不同开关状态的d轴、q轴预测电流；
[0026]基于kT
s
时刻d轴、q轴电流给定值、(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂不同开关状态的d轴、q轴预测电流，得到在(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂不同开关状态的d轴、q轴电流跟踪误差的误差项集合。
[0027]进一步地，所述在(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂不同开关状态的d轴、q轴电流跟踪误差的误差项表示为：
[0028][0029][0030]式中，g
dj
和g
qj
分别表示第j种开关状态作用下d轴、q轴电流跟踪误差的误差项；i
d*
和i
q*
分别表示永磁同步电机d轴、q轴的电流的给定值；j＝1,2
…
7，8，分别表示间接矩阵变
换器逆变级8种不同的开关状态；i
dj
(k+2)和i
qj
(k+2)分别表示(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂第j种开关状态作用下的d轴、q轴预测电流；I
j
(k+2)表示(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂第j种开关状态作用下电流跟踪误差的误差项的约束项。
[0031]进一步地，所述(k+2)T
s
时刻逆变级桥臂第j种开关状态作用下电流跟踪误差的误差项的约束项I
j
(k+2)表示为：
[0032][0033]式中，i
smax
为电机额定电流。
[0034]另一方面，本专利技术实施例提供了一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制系统，包括：
[0035]控制变量误差项集合获取模块，用于根据选定的控制变量采集kT
s
时刻永磁同步电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据选定的控制变量采集kT
s
时刻永磁同步电机系统的系统信息，得到(k+2)T
s
时刻逆变级不同开关状态下的各控制变量值，进而得到(k+2)T
s
时刻各控制变量的误差项集合；在(k+2)T
s
时刻不同开关状态下对各控制变量的误差项进行约束；将各控制变量的误差项按大小进行排序后，选择误差项较小的预设个数的误差项，构成得到各控制变量的第一误差项集合，并得到其对应的开关状态，构成各控制变量相应的第一开关状态集合；基于控制变量重要程度以及各控制变量的第一误差项集合、第一开关状态集合，得到最优开关状态，并将其作为间接矩阵变换器逆变级在(k+1)T
s
时刻的桥臂开关状态，以实现对永磁同步电机的预测控制；其中，k和T
s
分别表示永磁同步电机系统的控制周期序数和控制周期。2.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，通过执行以下步骤得到最优开关状态：获取重要程度最高的控制变量，并得到该控制变量对应的第一误差项集合；获取各控制变量的第一开关状态集合中开关状态相同的开关状态；以最重要的控制变量对应的第一误差项集合中误差项大小作为判断依据，从所述开关状态相同的开关状态中选择该控制变量误差项最小的开关状态作为最优开关状态。3.根据权利要求2所述的用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，还包括选择各控制变量中重要程度次重要的控制变量剩余的误差项，构成该控制变量的第二误差项集合，并得到其对应的开关状态，构成该控制变量相应的第二开关状态集合；当各控制变量的第一开关状态集合中不存在开关状态相同的开关状态时，获取各控制变量中次重要的控制变量，并得到该控制变量对应的第二误差项集合；获取各控制变量中最重要控制变量对应的第一开关状态和次重要控制变量对应的第二开关状态集合中开关状态相同的开关状态；以次重要的控制变量对应的第二误差项集合中误差项的大小为依据，从开关状态相同的开关状态中选择该控制变量误差项最小的开关状态作为最优开关状态。4.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，选择误差项较小的3个误差项，构成得到各控制变量的第一误差项集合。5.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，所述控制变量选定为d轴、q轴电流跟踪误差，其中，q轴电流跟踪误差重要程度大于d轴电流跟踪误差；所述采集的系统信息包括：采集kT
s
时刻永磁同步电机的转子机械角速度、转子位置角和三相电流，以及，间接矩阵变换器的三相输入电压和逆变级桥臂开关状态。6.根据权利要求5所述的用于永磁同步电机系统的模型预测控制方法，其特征在于，通过以下方式得到(k+2)T
s
时刻逆变级不同开关状态下的各控制变量值，进而得到(k+2)T
s
时刻各控制变量的误差项集合：基于采集的kT
s
时刻永磁同步电机的转子机械角速度和设定的转子机械角速度给定值，得到kT
s
时刻d轴、q轴电流给定值；基于采集的kT
s
时刻永磁同步电机的转子位置角和三相电流，间接矩阵变换器的三相输入电压和逆变级桥臂开关状态，得到(k+2)T
s
时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗书兢，吴想，刘宗毓，姚川恒，邱亚静，郭嗣，崔臣君，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：