[發(fā)明專利]雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611005682.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106655937B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋衛(wèi)章;賈歡;閆佳;李敏遠(yuǎn);劉娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P21/14;H02P21/20;H02P25/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 成丹

本發(fā)明公開(kāi)了雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法，利用網(wǎng)側(cè)輸入電壓、電流、開(kāi)關(guān)電路輸入側(cè)電壓，雙級(jí)矩陣變換器開(kāi)關(guān)矩陣模型和同步磁阻電機(jī)定子電流及轉(zhuǎn)子角速度，建立雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并離散化，依據(jù)建立的離散數(shù)學(xué)模型對(duì)輸入無(wú)功功率和同步磁阻電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行預(yù)測(cè)，并建立下一時(shí)刻輸入無(wú)功功率、同步磁阻電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩與各自參考值之間誤差的功能函數(shù)，以此功能函數(shù)為約束對(duì)雙級(jí)矩陣變換器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行尋優(yōu)，利用最優(yōu)開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)同步磁阻電機(jī)控制。本發(fā)明能消除整流級(jí)和逆變級(jí)間相互耦合影響及能使雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)具有優(yōu)良傳動(dòng)性能和高抗擾性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)已被逐步普及，它的主要供電設(shè)備是電力變換器。傳統(tǒng)的電力變換器一直無(wú)法克服變換器本身固有的缺陷如功率因數(shù)低，能量只能單向流動(dòng)且對(duì)電網(wǎng)污染大等。而近年來(lái)提出的新型變換器—雙級(jí)矩陣變換器，拓?fù)淙鐖D1所示，直流側(cè)無(wú)儲(chǔ)能電容，在節(jié)約成本的同時(shí)縮小了裝置體積，性能上可實(shí)現(xiàn)輸入輸出電流正弦、輸入功率因數(shù)可控且能量雙向流動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)使系統(tǒng)具有優(yōu)良傳動(dòng)性能同時(shí)，更對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧波污染。

同步磁阻電機(jī)(Synchronous Reluctance Motor，SynRM)定子與異步電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子通過(guò)在硅鋼片上挖槽形成磁障，由多層磁障轉(zhuǎn)子疊片疊壓而成，特殊的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)SynRM交、直軸磁路巨大的磁阻差異，產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。與異步電機(jī)相比，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，制造加工簡(jiǎn)單，同時(shí)轉(zhuǎn)子無(wú)銅耗，效率更高，繞組溫升小。相同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)矩出力更大；與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)相比，同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子表面光滑、磁阻變化較為連續(xù)，避免了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲大的問(wèn)題；與永磁同步電機(jī)相比，轉(zhuǎn)子上不含永磁體，成本更低，無(wú)弱磁和高溫失磁問(wèn)題。

隨著社會(huì)發(fā)展，很多場(chǎng)合對(duì)電機(jī)控制性能的要求越來(lái)越高，在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，PI調(diào)節(jié)器具有受不確定因素影響大、參數(shù)整定復(fù)雜等缺點(diǎn)，已難以滿足高性能的控制需求。由于雙級(jí)矩陣變換器獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直流側(cè)缺少儲(chǔ)能電容，帶來(lái)裝置功率密度高等優(yōu)勢(shì)同時(shí)也使其整流逆變兩級(jí)相互耦合，輸入側(cè)的電網(wǎng)、濾波參數(shù)的變化都會(huì)直接影響到輸出，同樣，功率開(kāi)關(guān)本身的性能，檢測(cè)器件的誤差，以及環(huán)境等其他因素的影響，都會(huì)直接導(dǎo)致雙級(jí)矩陣變換器輸出的不穩(wěn)定，此種情況下雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)同步磁阻電機(jī)時(shí)輸出性能會(huì)受到影響，同時(shí)輸入性能亦會(huì)惡化。

為解決上述問(wèn)題，提出用模型預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)同步磁阻電機(jī)的一體化控制，消除上述擾動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良傳動(dòng)性能同時(shí)，更具有優(yōu)異網(wǎng)側(cè)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法，能消除整流級(jí)和逆變級(jí)間相互耦合影響并能使雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)具有優(yōu)良傳動(dòng)性能和高抗擾性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)的同步磁阻電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法，利用網(wǎng)側(cè)輸入電壓、電流、開(kāi)關(guān)電路輸入側(cè)電壓，雙級(jí)矩陣變換器開(kāi)關(guān)矩陣模型和同步磁阻電機(jī)定子電流及轉(zhuǎn)子角速度，建立雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并離散化，依據(jù)建立的離散數(shù)學(xué)模型對(duì)輸入無(wú)功功率和同步磁阻電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行預(yù)測(cè)，并建立下一時(shí)刻輸入無(wú)功功率、同步磁阻電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩與各自參考值之間誤差的功能函數(shù)，以此功能函數(shù)為約束對(duì)雙級(jí)矩陣變換器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行尋優(yōu)，利用最優(yōu)開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)同步磁阻電機(jī)控制。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

建立雙級(jí)矩陣變換器驅(qū)動(dòng)同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型，具體為：

在三相靜止坐標(biāo)軸下，同步磁阻電機(jī)的定子電壓方程如式(1)所示：