[發(fā)明專利]基于無差拍優(yōu)化與雙矢量模型預(yù)測(cè)的電機(jī)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610321625.7
• 申請(qǐng)日: 2016-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN105915135B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉光;侯本帥;張亮;王克勤;李毅;何一康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P21/08;H02P21/14;H02P27/12
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司11403
• 代理人: 李莎,李弘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于無差拍優(yōu)化與雙矢量模型預(yù)測(cè)的電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

基于電機(jī)的常見控制方法有無差拍控制和模型預(yù)測(cè)控制。其中，無差拍控制原理是利用電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻所需施加的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電機(jī)電壓，并通過SVPWM(Space Vector PWM)得到逆變器的開關(guān)狀態(tài)，使電機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)跟蹤給定值，從而使得電機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。而模型預(yù)測(cè)控制原理是利用電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻的電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過滾動(dòng)優(yōu)化，預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻所需施加的電壓矢量，進(jìn)而提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，目前，模型預(yù)測(cè)控制已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。然而該方法在每次預(yù)測(cè)時(shí)都需代入八個(gè)電壓矢量分別進(jìn)行計(jì)算，特別是當(dāng)電機(jī)需要多步預(yù)測(cè)時(shí)的計(jì)算量較大，而且單矢量模型預(yù)測(cè)由于在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電壓矢量作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，從而使得電機(jī)控制的穩(wěn)態(tài)性能差。

單矢量模型預(yù)測(cè)控制的原理如下：

首先根據(jù)六路開關(guān)狀態(tài)得到八個(gè)電壓矢量，然后根據(jù)電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻的電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩；將八個(gè)電壓矢量依次代入預(yù)測(cè)的電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的公式中可以得到八組不同的預(yù)測(cè)值。將八組預(yù)測(cè)值依次代入到目標(biāo)函數(shù)中計(jì)算并比較得到最小目標(biāo)函數(shù)值g，使g最小的電壓矢量就是下一時(shí)刻所需施加的電壓矢量。基于單矢量模型預(yù)測(cè)控制的方法在一個(gè)周期內(nèi)只作用一個(gè)電壓矢量，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，從而影響電機(jī)的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于無差拍優(yōu)化與雙矢量模型預(yù)測(cè)的電機(jī)控制方法，不僅能夠有效減少電機(jī)控制的計(jì)算量，而且大大降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

基于上述目的本發(fā)明提供的一種基于無差拍優(yōu)化與雙矢量模型預(yù)測(cè)的電機(jī)控制方法，包括：

獲取當(dāng)前時(shí)刻電機(jī)的三相電流、轉(zhuǎn)子位置信息和反饋轉(zhuǎn)速，通過坐標(biāo)變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電機(jī)兩相旋轉(zhuǎn)電流；

將給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速相減，差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器計(jì)算得到參考轉(zhuǎn)矩，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方法得到參考磁鏈；

根據(jù)模型預(yù)測(cè)控制原理，將計(jì)算得到的參考轉(zhuǎn)矩、參考磁鏈、反饋轉(zhuǎn)速、兩相旋轉(zhuǎn)電流以及轉(zhuǎn)子位置信息代入預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得到下一時(shí)刻的電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩；

根據(jù)無差拍控制原理，利用計(jì)算得到的參考轉(zhuǎn)矩、參考磁鏈、反饋轉(zhuǎn)速以及電機(jī)兩相旋轉(zhuǎn)電流，計(jì)算得到參考電壓矢量；

利用獲取的轉(zhuǎn)子位置信息，將計(jì)算得到的參考電壓矢量通過坐標(biāo)變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的參考電壓矢量，同時(shí)，通過反正切計(jì)算得到參考電壓矢量的位置角；

根據(jù)參考電壓矢量的位置角判斷參考電壓矢量所處的扇區(qū)，然后在相應(yīng)的扇區(qū)內(nèi)選取相應(yīng)的電壓矢量代入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到使目標(biāo)函數(shù)值最小的預(yù)測(cè)電壓矢量；

在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)，采用雙矢量模型預(yù)測(cè)原理中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小原則，計(jì)算得到預(yù)測(cè)電壓矢量的作用時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，然后按照預(yù)測(cè)電壓矢量和零矢量的作用時(shí)間，調(diào)制出六路PWM波驅(qū)動(dòng)逆變器動(dòng)作的脈沖信號(hào)。

可選的，所述計(jì)算得到預(yù)測(cè)電壓矢量的作用時(shí)間的計(jì)算公式為：

t₀＝T_s-t₁

其中，S₁代表預(yù)測(cè)電壓矢量帶入轉(zhuǎn)矩公式中所求出的轉(zhuǎn)矩斜率，S₂代表零矢量帶入轉(zhuǎn)矩公式中所求出的轉(zhuǎn)矩斜率，T₀為初始時(shí)刻轉(zhuǎn)矩，T_s為一個(gè)采樣周期時(shí)間，t₁、t₀分別為預(yù)測(cè)電壓矢量和零矢量的作用時(shí)間。

可選的，所述計(jì)算得到六路PWM波驅(qū)動(dòng)逆變器動(dòng)作的脈沖信號(hào)的步驟之前還包括：

在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)，按照作用時(shí)間，將零矢量分散，使得零矢量與預(yù)測(cè)電壓矢量交替作用，并且使得PWM輸出波形對(duì)稱。

進(jìn)一步，在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)，按照作用時(shí)間，將零矢量分為三組，將預(yù)測(cè)電壓矢量分為兩組，使得在一個(gè)周期內(nèi)作用的電壓矢量依次為：零矢量、預(yù)測(cè)電壓矢量、零矢量、預(yù)測(cè)電壓矢量、零矢量，且作用時(shí)間對(duì)應(yīng)為1/4零矢量作用時(shí)間、1/2預(yù)測(cè)電壓矢量作用時(shí)間、1/2零矢量作用時(shí)間、1/2預(yù)測(cè)電壓矢量作用時(shí)間、1/4零矢量作用時(shí)間。

可選的，所述根據(jù)參考電壓矢量的位置角判斷參考電壓矢量所處的扇區(qū)，然后在相應(yīng)的扇區(qū)內(nèi)選取相應(yīng)的電壓矢量代入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算的步驟還包括：

將傳統(tǒng)扇區(qū)按照順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度，得到新的扇區(qū)分布；