[發明專利]五橋臂雙永磁電機轉矩轉速協同模型預測控制裝置和方法

有效

• 申請號: 201710130248.3
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106849794B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 耿強;唐永聰;夏長亮;劉濤;谷鑫
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08;H02P5/74
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種五橋臂雙永磁電機轉矩轉速協同模型預測控制方法，其特征是，將三相電網和不可控整流橋的輸出作為五橋臂逆變器的輸入，五橋臂逆變器的每一個臂均由串接的兩個開關管構成，串接點輸出控制兩臺三相永磁同步電機的一個相，其中第3個臂同時控制兩臺三相永磁同步電機的各一個相，還包括如下具體步驟：

一、雙永磁電機系統電氣量采集與計算，包括：

(1)采集兩臺電機的轉速，結合兩臺電機共同的轉速參考值，計算兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的q軸定子參考電流；

(2)采集兩臺電機的三相定子電流，并將所述的三相定子電流變換為在兩相靜止α-β坐標系上的定子電流分量；

(3)采集兩臺電機的轉子磁場角度，將兩臺電機在兩相靜止α-β坐標系上的定子電流分量變換為兩相旋轉dq坐標系上的定子電流分量；

(4)采集直流側電壓；

(5)列出五橋臂逆變器的所有可能輸出的開關狀態組合，根據五橋臂逆變器所有可能輸出的開關狀態組合，計算兩臺電機的三相定子電壓；

(6)將兩臺電機的三相定子電壓變換為在兩相旋轉dq坐標系上的定子電壓分量；

設定兩臺電機參數：兩臺電機的定子電阻分別為R₁、R₂；兩臺電機的d軸定子電感分別為L_d1、L_d2；兩臺電機的q軸定子電感分別為L_q1、L_q2；兩臺電機的轉子永磁體磁鏈分別為ψ_f1、ψ_f2；

將采集和計算得到的電氣量設定為k時刻兩臺電機的電氣量，用離散形式表示：兩臺電機的轉速分別為ω_r1(k)、ω_r2(k)；兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電流分量為i_d1(k)、i_q1(k)、i_d2(k)、i_q2(k)；兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電壓分量為

二、電流預測和價值函數尋優，包括：

五橋臂逆變器共有2⁵＝32種開關狀態組合，對序號為n＝1～32的32種開關狀態組合，預測k+1時刻兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電流；

建立價值函數gⁿ(k+1)，當價值函數gⁿ(k+1)取得最小值時，價值函數gⁿ(k+1)對應的n的數值作為逆變器最終的輸出電壓矢量的狀態；

電流預測和價值函數尋優，具體地，對序號為n＝1～32的32種開關狀態組合，預測k+1時刻兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電流公式如下：

式中，T為系統的控制周期；

建立價值函數gⁿ(k+1)，有

式中，h_d1、h_q1、h_d2、h_q2為兩臺電機的電流權值，h_T為兩臺電機的轉矩同步權值，為兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的q軸定子參考電流。

2.如權利要求1所述的五橋臂雙永磁電機轉矩轉速協同模型預測控制方法，其特征是，當價值函數gⁿ(k+1)取得最小值時，價值函數gⁿ(k+1)對應的n的數值作為逆變器最終的輸出電壓矢量的序號n^o，

3.一種五橋臂雙永磁電機轉矩轉速協同模型預測控制裝置，包括三相電網和不可控整流橋、兩臺三相永磁同步電機，其特征是，還包括五橋臂逆變器、微處理器，三相電網和不可控整流橋的輸出作為五橋臂逆變器的輸入，五橋臂逆變器的每一個臂均由串接的兩個開關管構成，串接點輸出控制兩臺三相永磁同步電機的一個相，其中第3個臂同時控制兩臺三相永磁同步電機的各一個相；微處理器進行公式計算、算法處理，并生成開關管開關信號；微處理器進行公式計算、算法處理，并生成開關管開關信號，具體包括：電流預測和價值函數尋優，五橋臂逆變器共有2⁵＝32種開關狀態組合，對序號為n＝1～32的32種開關狀態組合，預測k+1時刻兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電流；

建立價值函數gⁿ(k+1)，當價值函數gⁿ(k+1)取得最小值時，價值函數gⁿ(k+1)對應的n的數值作為逆變器最終的輸出電壓矢量的狀態；

電流預測和價值函數尋優，具體地，對序號為n＝1～32的32種開關狀態組合，預測k+1時刻兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電流公式如下：

式中，T為系統的控制周期，兩臺電機的定子電阻分別為R₁、R₂；兩臺電機的d軸定子電感分別為L_d1、L_d2；兩臺電機的q軸定子電感分別為L_q1、L_q2；兩臺電機的轉子永磁體磁鏈分別為ψ_f1、ψ_f2；兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的定子電壓分量為兩臺電機的轉速分別為ω_r1(k)、ω_r2(k)；

建立價值函數gⁿ(k+1)，有

式中，h_d1、h_q1、h_d2、h_q2為兩臺電機的電流權值，h_T為兩臺電機的轉矩同步權值，為兩臺電機在兩相旋轉dq坐標系上的q軸定子參考電流。