【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种永磁同步电机控制方法，具体涉及一种永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法。
技术介绍
1、传统两电平逆变器受限于功率容量与开关频率之间的限制，增大功率容量通常需要以牺牲开关频率为代价，而且应用在高压场合时，两电平逆变器效率低、波形差。相比于两电平逆变器，三电平逆变器每个半导体所阻断的电压有所降低，从而避免了功率器件直接串联引起的问题，具有开关管耐压等级高、开关损耗小、电压畸变率低以及谐波含量少等优点，因此这种拓扑结构具有重要的应用价值，二极管中性点箝位型三电平逆变器在交流电机驱动系统中的应用已成为研究的热点。
2、然而在实际运行中，电机参数不仅难以准确获得，还会随着运行环境的变化而改变，模型失配问题不可避免，这极大地限制了模型预测电流控制方法的适用范围。因此，为了减小参数变化对三电平驱动系统控制性能的影响，提出不考虑电机参数的无模型预测电流控制方法很有必要。
3、传统无模型预测电流控制算法通过采用过去时刻被储存在电流差查找表中的不同开关状态下的电流差和当前电流状态来取代基于模型的电流预测，运算中不需要任何电机参数，然而该算法的稳定运行依赖于高精度的电流差，因此需要的电流差更新频率较高。由于三电平逆变器基本电压矢量多，与两电平逆变器相比电流差更新频率低，应用该算法时牺牲了价值函数的最优输出，电流纹波较大。超局部无模型预测电流控制算法针对系统总扰动项，利用代数辨识的方法进行估计并进行前馈补偿，这种方法在一定程度上能降低电流纹波，提高系统性能，但应用在三电平驱动系统中存在动态响应慢、依赖传感
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述问题，提出一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，该方法无需复杂的代数辨识估计，通过扩张状态观测器直接估计超局部模型中的系统总扰动项，在简化f估计的同时提高估计精度。该方法可以实现快速的动态响应，降低电流纹波，提高三电平驱动系统的控制性能。
2、技术方案：一种永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，包括如下步骤：
3、步骤1：由转速环pi控制器得到(k+1)时刻的q轴电流参考值iqref(k+1)，给定d轴电流参考值idref(k+1)＝0；
4、步骤2：通过编码器获取k时刻的转子电角度θ，通过电流传感器获取k时刻的三相电流is(k)，s＝a，b，c，然后由clark变换计算k时刻的αβ轴定子电流，再由park变换计算k时刻的dq轴定子电流id(k)、iq(k)；
5、步骤3：将id(k)、iq(k)送入dq轴扩张状态观测器模块后获取dq轴系统总扰动fd、fq在k时刻的估计值
6、步骤4：采集k时刻逆变器输出的开关状态sa(k)、sb(k)、sc(k)，并通过坐标变换得到k时刻的dq轴定子电压ud(k)、uq(k)；
7、步骤5：将k时刻系统总扰动的估计值和k时刻的dq轴定子电压ud(k)和uq(k)以及dq轴定子电流id(k)和iq(k)输入到由电流超局部模型离散化得到的电流预测方程中，计算下一周期(k+1)时刻的dq轴电流预测值id(k+1)、iq(k+1)；
8、步骤6：计算不同电压矢量作用下的价值函数并通过滚动优化获取使价值函数最小的最优电压矢量；
9、步骤7：将最优电压矢量送入中点电位平衡模块，得到下一个周期内的开关管通断状态，作为三电平逆变器的驱动信号。
10、进一步的，所述步骤1中，将给定转速nrref和实际转速nr的偏差en送入转速环pi控制器后，根据公式(1)计算q轴参考电流iqref(k+1)；
11、
12、其中，kp和ki分别为转速环pi控制器的比例增益和积分增益，s为复变量。
13、进一步的，所述步骤2中，clark变换如公式(2)所示；park变换如公式(3)所示；
14、
15、
16、其中，ia(k)、ib(k)、ic(k)分别为k时刻的a、b、c三相定子电流，iα(k)、iβ(k)分别为k时刻的α、β轴定子电流，id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴定子电流，θ为转子电角度。
17、进一步的，所述步骤3中，获取和的方法为：将dq轴系统总扰动fd、fq扩张成独立的状态变量，分别对dq轴设计非线性扩张状态观测器的状态方程，并通过离散化得到离散模型，在离散域中获取fd、fq在k时刻的估计值；其中，d轴扩张状态观测器由公式(4)表示；q轴扩张状态观测器由公式(5)表示；
18、
19、
20、其中，id、iq分别为定子电流的d、q轴分量，z1d、z1q分别为id、iq的观测值，ed、eq分别为d、q轴电流误差信号，z2d、z2q分别表示fd、fq的实时估计值和β1、β2为扩张状态观测器的输出误差校正增益，fal(e,α,δ)是一个用于逼近e的非线性函数，α1、α2为用于fal函数计算所设计的非线性因子，δ为滤波因子，αd、αq分别为d、q轴的电压系数，ud、uq分别为定子电压的d、q轴分量；
21、fal(e,α,δ)的一般形式如公式(6)所示；
22、
23、将dq轴扩张状态观测器的状态方程进行离散化得到扩张状态观测器的离散模型，如公式(7)和公式(8)所示；
24、
25、
26、其中，z1d(k)、z1q(k)分别为k时刻的id、iq观测值，ed(k)、eq(k)分别为k时刻的d、q轴电流误差信号，z1d(k+1)、z1q(k+1)分别为(k+1)时刻的id、iq观测值，z2d(k)、z2q(k)分别表示k时刻的fd、fq估计值和z2d(k+1)、z2q(k+1)分别表示(k+1)时刻的fd、fq估计值和ud(k)、uq(k)分别为k时刻的d、q轴定子电压，ts为采样时间。
27、进一步的，所述步骤4中，k时刻dq轴定子电压ud(k)、uq(k)与k时刻三电平逆变器输出开关状态sa(k)、sb(k)、sc(k)之间的关系按照公式(9)进行换算；
28、
29、其中，vdc为直流母线电压。
30、进一步的，所述步骤5中，电流超局部模型如公式(10)所示；利用前向欧拉离散法对公式(10)进行离散化得到如公式(11)所示的定子电流预测模型；
31、
32、
33、其中，fd、fq分别为d、q轴系统总扰动，包含了系统已知部分和未知部分的干扰，id(k+1)、iq(k+1)分别为(k+1)时刻的d、q轴电流预测值，分别表示k时刻系统总扰动的估计值。
34、进一步的，所述步骤6中，获取最优电压矢量的方法为：将电流预测模块计算所得的下一周期电流预测值与dq轴电流参考值idref(k+1)、iqref(k+1)输入到价值函数公式(12)中，计算不同电压矢量作用下的价值函数输出gj＝{g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤1中，将给定转速Nrref和实际转速Nr的偏差en送入转速环PI控制器后，根据公式(1)计算q轴参考电流iqref(k+1)；
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤2中，Clark变换如公式(2)所示；Park变换如公式(3)所示；
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤3中，获取和的方法为：将dq轴系统总扰动Fd、Fq扩张成独立的状态变量，分别对dq轴设计非线性扩张状态观测器的状态方程，并通过离散化得到离散模型，在离散域中获取Fd、Fq在k时刻的估计值；其中，d轴扩张状态观测器由公式(4)表示；q轴扩张状态观测器由公式(5)表示；
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤4中，k时刻dq轴定子电压ud(k)、uq(k)与k时刻三
6.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤5中，电流超局部模型如公式(10)所示；利用前向欧拉离散法对公式(10)进行离散化得到如公式(11)所示的定子电流预测模型；
7.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤6中，获取最优电压矢量的方法为：将电流预测模块计算所得的下一周期电流预测值与dq轴电流参考值idref(k+1)、iqref(k+1)输入到价值函数公式(12)中，计算不同电压矢量作用下的价值函数输出gj＝{g1,g2,···,g27}，再通过公式(13)获取最小化价值函数输出gmin；
...【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤1中，将给定转速nrref和实际转速nr的偏差en送入转速环pi控制器后，根据公式(1)计算q轴参考电流iqref(k+1)；
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤2中，clark变换如公式(2)所示；park变换如公式(3)所示；
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机三电平无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述步骤3中，获取和的方法为：将dq轴系统总扰动fd、fq扩张成独立的状态变量，分别对dq轴设计非线性扩张状态观测器的状态方程，并通过离散化得到离散模型，在离散域中获取fd、fq在k时刻的估计值；其中，d轴扩张状态观测器由公式(4)表示；q轴扩张状态观测器由公式(5)表示；
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