【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子设备控制领域，尤其涉及一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法及装置。
技术介绍
1、在工业应用中，大功率电动机的应用范围非常广泛，它们是驱动各种重型机械和自动化生产线的核心动力源。随着技术进步，对电动机控制系统的性能要求也日益提高，这不仅涉及对电机控制精度和响应速度的提升，同时也强调降低能耗和提升系统的可靠性。目前，大功率电动机的变频控制技术主要依靠直接转矩控制和矢量控制两种主流方法。尽管这些现有技术在大功率电动机的应用中已展现出一定的效果，但在追求更高控制性能和降低能耗方面，这些方法往往难以达到理想的平衡。模型预测控制技术以其先进的控制策略和出色的适应性，提供了解决这些传统技术限制的新途径。
2、传统的模型预测控制技术通过构建复杂的代价函数来实现多目标优化，代价函数通常包含主要目标和辅助目标。在三电平变频器的应用中，主要控制目标通常包括激磁电流误差、转矩电流误差和中点电压平衡。作为辅助目标，降低开关频率旨在减少能耗和延长设备寿命。然而，由于这些目标间存在潜在的冲突，代价函数中权重系数的设定变得极其复杂，增加了系统调试和优化的难度。从而限制了传统mpc在大功率电动机控制领域的广泛应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法及装置，用于解决上述问题。
2、本专利技术按以下技术方案实现：
3、本专利技术提供了一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，所述方法包括：
4、将变频器系统的多目标优化分为主要控制目标优化和辅助控制目标优化；
5、通过控制系统数学模型对主要控制目标状态进行预估；
6、根据主要控制目标的跟踪偏差预估值构造满意度空间，并对主要控制目标实施满意空间优化，选出候选开关矢量；
7、根据候选开关数量选择相应处理方法，从而得出最优化开关状态；所述处理方法包括最大平均滞留时间法和最小排序平均值法。
8、在一种实施方式中，所述主要控制目标包括激磁电流误差、转矩电流误差和中点电压平衡，所述辅助目标包括降低开关频率旨在减少能耗和延长设备寿命。
9、在一种实施方式中，所述根据主要控制目标的跟踪偏差预估值构造的满意度空间如下：激磁电流误差表示在x轴，中点电位误差表示在y轴，转矩电流误差表示在z轴；所述满意空间优化的步骤如下：
10、设置候选开关个数n为0；
11、配置满意区间，计算主要控制目标偏差；
12、依次判断中点电位、转矩电流、激磁电流的偏差是否满意；若同时都满意则作为初步筛选的候选开关状态；
13、若中点电位、转矩电流满意，激磁电流为不满意，则对激磁电流进行松弛约束，经过计算松弛激磁电流满意区间后，再判断激磁电流是否满意，若满意则作为初步筛选的候选开关状态；
14、将初步筛选的候选开关状态个数n加1后，判断是否遍历所有符合条件的开关状态，若遍历则作为最终选出的候选开关状态。
15、在一种实施方式中，所述松弛激磁电流满意区间为k倍的激磁电流的满意区间，1＜k＜2。
16、在一种实施方式中，所述根据候选开关数量选择相应处理方法，从而得出最优化开关状态，包括：判断候选开关数量n大于等于1，若n大于等于1则存在满足上述条件的开关状态，否则表示经过满意空间优化后，未有符合条件的开关状态；当存在候选开关状态时，则采用最大平均滞留时间法，继续对辅助控制指标-开关频率的优化；当不存在候选开关状态时，则采用最小排序平均值法，重新选出最优的开关状态作为过渡。
17、在一种实施方式中，所述最大平均滞留时间法，包括：
18、计算主要控制目标的偏差与满意边界的距离；
19、通过主要控制目标偏差满意边界的距离，以及向满意边界移动的变化率，计算到达边界的时间；
20、计算候选开关状态实施后，开关切换次数；
21、根据开关切换次数计算转矩电流偏差、激磁电流偏差及中点电位偏差平均时间，并取三者最小值作为此候选开关状态在满意空间内的滞留时间；
22、获取所有候选开关状态的滞留时间后，选取滞留时间最长的候选开关状态作为最优的开关状态，并结束对辅助控制目标层的优化。
23、在一种实施方式中，所述计算关切换次数的公式如下：
24、nsw＝|sa(k+1)-sa(k)|+|sb(k+1)-sb(k)|+|sc(k+1)-sc(k)|
25、其中，sa(k)，sb(k),sc(k)分别为第k时刻变频器一相的开关状态,sa(k+1)，
26、sb(k+1),sc(k+1)分别为第k+1时刻变频器一相的开关状态，nsw为三相的切换次数综合。
27、在一种实施方式中，所述最小排序平均值法，包括：
28、分别对各开关状态在某一控制目标下的跟踪偏差分别排序；
29、计算各开关状态在不同控制目标下排序值的平均值；
30、获取所有候选开关状态的平均排序值，选取最小平均排序值的候选开关状态作为最优的开关状态，并结束对辅助控制目标层的优化。
31、在一种实施方式中，所述分别对各开关状态在某一控制目标下的跟踪偏差分别排序的方法为：
32、对每一组开关状态，分别计算跟踪误差，获取激磁电流偏差△isd的数组，转矩电流偏差△isq的数组，一组中点电位偏差△uo的数组；
33、分别对三个数组里的元素进行排序，由此获得排序后的激磁电流偏差排序数组rid,转矩电流偏差排序数组riq,中点电位偏差排序数组ruo。
34、本专利技术还提供了一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制装置，所述装置包括：
35、目标划分模块，用于将变频器系统的多目标优化分为主要控制目标优化和辅助控制目标优化；
36、主要控制目标预估模块，用于通过控制系统数学模型对主要控制目标状态进行预估；
37、候选开关选择模块，用于根据主要控制目标进行预估值构造满意度空间，并对主要控制目标实施满意空间优化，选出候选矢量；
38、最优化开关计算模块，用于根据候选开关数量选择相应处理方法，得出最优化开关状态；所述处理方法包括最大平均滞留时间法和最小排序平均值法。
39、相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：
40、本专利技术略不再依赖于传统的代价函数进行优化，而是将主要控制目标和辅助控制目标分为两个独立的优化层级。在主要控制目标层，通过满意优化替代传统的代价函数优化，从而放宽对主要控制目标的严格约束，为辅助控制目标的实现提供更多可能的开关状态。在辅助控制目标层，采用最大平均滞留时间策略对候选的开关状态进行进一步优化。通过这种两级优化策略，既实现了电机的高性能控制，同时也有效降低了开关频率，从而实现能效和性能的优化平衡。
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1.一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述主要控制目标包括激磁电流误差、转矩电流误差和中点电压平衡，所述辅助目标包括降低开关频率旨在减少能耗和延长设备寿命。
3.根据权利要求2所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述根据主要控制目标的跟踪偏差预估值构造的满意度空间如下：激磁电流误差表示在x轴，中点电位误差表示在y轴，转矩电流误差表示在z轴；所述对主要控制目标实施满意空间优化，选出候选开关矢量的步骤如下：
4.根据权利要求3所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述松弛激磁电流满意区间为k倍的激磁电流的满意区间，1＜k＜2。
5.根据权利要求3所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述根据候选开关数量选择相应处理方法，从而得出最优化开关状态，包括：判断候选开关数量N大于等于1，若N大于等于1则存在满足上述条件的开关状态，否则表示经过满意空间优
6.根据权利要求5所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述最大平均滞留时间法，包括：
7.根据权利要求6所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，
8.根据权利要求5所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述最小排序平均值法，包括：
9.根据权利要求8所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述分别对各开关状态在某一控制目标下的跟踪偏差分别排序的方法为：
10.一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制装置，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述主要控制目标包括激磁电流误差、转矩电流误差和中点电压平衡，所述辅助目标包括降低开关频率旨在减少能耗和延长设备寿命。
3.根据权利要求2所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述根据主要控制目标的跟踪偏差预估值构造的满意度空间如下：激磁电流误差表示在x轴，中点电位误差表示在y轴，转矩电流误差表示在z轴；所述对主要控制目标实施满意空间优化，选出候选开关矢量的步骤如下：
4.根据权利要求3所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述松弛激磁电流满意区间为k倍的激磁电流的满意区间，1＜k＜2。
5.根据权利要求3所述的低开关频率三维满意空间优化模型预测控制方法，其特征在于，所述根据候选开关数量选择相应处理方法，从而得出最优化开关状态...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，杨波，吴翔，李兆勋，郭志康，田雨，
申请(专利权)人：江苏国传电气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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