【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机控制，涉及一种永磁同步电机低载波比精确无差拍预测电流控制方法。
技术介绍
1、由于高功率密度、高可靠性、结构简单等优点，永磁同步电机被广泛应用于航天航空、国防军工、电动汽车和工业装备等领域。随着科技不断发展，各领域对永磁同步电机大功率化、高速化的需求日益增长。在低速大功率和高速领域，受限于开关损耗、散热能力以及系统效率，驱动器开关频率与电机基频的比值即载波比(carrier ratio,cr)往往较低，即电机往往需要低载波比运行。
2、大功率和高速等应用场景往往暂态过程短，要求动态响应快，采用传统pi电流内环控制器的矢量控制方法存在参数整定困难、稳态和动态性能之间难以平衡等缺陷，而无差拍预测电流控制根据电机模型进行电流预测和指令电压计算，其控制结构简单、动态响应速度快、适应复杂工况且电流内环无需参数整定。但在低载波比工况下传统无差拍预测控制存在电流预测误差和指令电压计算误差较大、转矩和磁链耦合严重等缺陷。一方面控制器离散误差和控制延时对控制精度和系统稳定性影响更加显著；另一方面，单控制周期内转子电角度增量较大，加深了转矩磁链相互耦合程度，载波比过低时甚至会导致电流环失稳。
3、因此亟需提出一种同时适用于高、低载波比的永磁同步电机精确无差拍预测电流控制方法。提高低载波比工况下永磁同步电机电流预测精度和指令电压计算精度、解决转矩和磁链耦合问题是本专利技术的关注重点。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，提出了一种永
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种永磁同步电机低载波比精确无差拍预测电流控制方法，实施步骤包括：步骤1)考虑单周期内转子定向误差，推导低载波比精确定子电压方程。步骤2)建立考虑单周期内转子定向误差的电流预测模型，将k时刻相电流采样值转换至k时刻dq坐标系，得到k时刻dq坐标系下的dq轴电流值并带入考虑转子定向误差的电流预测模型，得到k时刻dq坐标系下的dq轴电流预测值。步骤3)根据本专利技术提出的多坐标系变量同步方法，将k时刻dq坐标系中的dq轴电流预测值同步至k+1时刻dq坐标系，得到k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流预测值。步骤4)在k+2时刻dq坐标系下，分别通过d轴电流给定和转速外环的pi调节器输出，得到dq轴电流给定值，并通过多坐标系变量同步方法，将k+2时刻dq坐标系下的dq轴电流给定值同步至k+1时刻dq坐标系，得到k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流给定值。步骤5)建立考虑单周期内转子定向误差的指令电压计算模型，将k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流预测值和k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流给定值同时带入考虑转子定向误差的指令电压计算模型，得到k+1时刻dq坐标系下的dq轴指令电压。步骤6)将k+1时刻dq坐标系下的dq轴指令电压转换αβ坐标系，得到αβ坐标系下的αβ轴指令电压，最后通过svpwm模块计算各相占空比，输出至电压源逆变器。
4、进一步，所述步骤1)的具体过程为：
5、为适应低载波比工况，实现电机的精准建模，本文将dq坐标系视为单控制周期内静止的坐标系，即在整个控制周期内d轴均与kts时刻转子位置采样值对齐。由于单控制周期内dq坐标系为静止坐标系，因此d、q轴定子磁链之间无相互切割，可去除传统dq坐标系电压方程中切割反电势项。同时，由于转子与d轴之间存在相对运动，因此需考虑旋转的永磁体磁链在静止的dq轴上产生的电动势。基于上述分析，对传统转子磁链同步旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压方程和磁链方程进行修正，修正后的方程为：
6、
7、其中，ud、uq和id、iq分别为电机定子电压和电流的d、q轴分量；rs为电机定子相电阻；ld、lq分别为d、q轴电感；ψd、ψq分别为d、q轴磁链；ψf为永磁体磁链；ωe为电角速度；ts为离散周期；k表示第k个离散周期；t为当前时刻，且kts≤t<(k+1)ts。
8、改写式(1)可以得到修正后的定子电压方程：
9、
10、修正后的定子电压方程中，永磁磁链产生的反电势项ωeψfsin(ωe(t-kts))和ωeψfcos(ωe(t-kts))在单控制周期内连续变化，无法直接对式(2)进行欧拉离散。在电机驱动系统中，机械时间常数远远大于控制周期。假设电角速度ωe控制周期内保持不变，观察式(2)可以发现，永磁磁链反电势项只与时间t相关。因此可根据伏秒等效原理，通过式(3)计算永磁磁链反电势在dq轴上的等效值。
11、
12、用式(3)右侧表达式代替式(2)的永磁磁链反电势项，得到考虑转子磁场定向误差的精确电压方程，如式(4)所示。
13、
14、与传统永磁同步电机转子同步旋转坐标系定子电压方程相比，式(4)将dq坐标系视为静止坐标系，考虑转子在控制周期内的旋转过程，对电机进行了动态建模。
15、进一步，所述步骤2)的具体过程为：
16、2.1)对式(4)进行前向欧拉方法离散，整理后可得到一拍延时补偿模型，即考虑单控制周期内转子定向误差的电流预测模型为：
17、
18、其中，udqk＝[udk uqk]t为k时刻dq坐标系下的dq轴电压给定值；ld、lq分别为永磁同步电机定子dq轴电感；ψf为转子永磁磁链；ωe为电角速度；ts为控制周期。
19、2.2)通过电流传感器和adc采集永磁同步电机相电流is＝[ia ib ic id ie]t，通过clark和park变换得到k时刻dq坐标系下的dq轴电流值idqk＝[idk iqk]t。clark和park变换矩阵如下：
20、
21、
22、其中，θe为电角度。idqk计算方法为：
23、
24、2.3)将idqk带入考虑转子定向误差的电流预测模型，得到k时刻dq坐标系下的dq轴电流预测值idqpk＝[idpk iqpk]t。
25、进一步，步骤3)所述的具体过程为：
26、将k时刻dq坐标系中的dq轴电流预测值idqpk同步至k+1时刻dq坐标系，得到k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流预测值idqpk+1＝[idpk+1iqpk+1]t。idqpk+1计算方法为：
27、
28、进一步，所述步骤4)的具体过程为：
29、在k+2时刻dq坐标系下，分别通过d轴电流给定和转速外环的pi调节器输出，得到dq轴电流给定值并通过多坐标系变量同步方法，将k+2时刻dq坐标系下的dq轴电流给定值同步至k+1时刻dq坐标系，得到k+1时刻dq坐标系下的dq轴电流给定值计算方法为：...
【技术保护点】
1.一种永磁同步电机低载波比精确无差拍预测电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤1)的具体步骤包括：
3.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤包括：
4.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤3)的具体步骤包括：
5.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤4)的具体步骤包括：
6.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤5)的具体步骤包括：
7.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤6)的具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机低载波比精确无差拍预测电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤1)的具体步骤包括：
3.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤包括：
4.根据权利要求1的一种方...
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