[發(fā)明專利]五橋臂雙永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速協(xié)同模型預(yù)測控制裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710130248.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN106849794B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿強(qiáng);唐永聰;夏長亮;劉濤;谷鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P27/08;H02P5/74
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

本發(fā)明涉及五橋臂雙永磁電機(jī)控制系統(tǒng)，為能夠在不改變五橋臂雙永磁電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上，有效地提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，同時(shí)有效地提高兩電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的同步性能。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：五橋臂雙永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速協(xié)同模型預(yù)測控制方法，將三相電網(wǎng)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(gè)臂均由串接的兩個(gè)開關(guān)管構(gòu)成，串接點(diǎn)輸出控制兩臺(tái)三相永磁同步電機(jī)的一個(gè)相，其中第3個(gè)臂同時(shí)控制兩臺(tái)三相永磁同步電機(jī)的各一個(gè)相。本發(fā)明主要應(yīng)用于五橋臂雙永磁電機(jī)控制場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模型預(yù)測控制方法。特別是涉及一種應(yīng)用于五橋臂雙永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的模型預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)

雙電機(jī)的協(xié)同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于礦井、冶金、港口等諸多行業(yè)，以改善傳統(tǒng)單電機(jī)驅(qū)動(dòng)可靠性較低，控制性能差，系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，單臺(tái)電機(jī)功率要求較高等問題。

傳統(tǒng)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，兩臺(tái)電機(jī)分別由兩臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，電機(jī)之間不存在電氣耦合?，F(xiàn)代先進(jìn)雙電機(jī)控制系統(tǒng)將網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)了共直流母線結(jié)構(gòu)，簡化了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步簡化雙電機(jī)控制系統(tǒng)，一些學(xué)者針對(duì)逆變側(cè)提出了五橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)比傳統(tǒng)的逆變側(cè)結(jié)構(gòu)，五橋臂逆變器減少了一個(gè)橋臂，簡化了結(jié)構(gòu)并提高了系統(tǒng)的可靠性，在近年來得到了許多學(xué)者的關(guān)注。但是，由于五橋臂逆變器中，兩電機(jī)公用一個(gè)橋臂，因此造成了兩電機(jī)電氣上的耦合，如何在簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高兩電機(jī)的控制性能，是目前的一個(gè)研究難點(diǎn)。

針對(duì)上述問題，一些學(xué)者提出了半周期調(diào)制策略，提高了兩電機(jī)對(duì)直流母線的電壓利用率。然而，上述算法雖然改進(jìn)了調(diào)制算法，但并未將功率器件的開關(guān)狀態(tài)與電機(jī)的控制目標(biāo)直接相聯(lián)系，同時(shí)，由于電流環(huán)仍采用PI控制器，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度較低。

近些年來，隨著高性能微處理器的發(fā)展，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源、新能源領(lǐng)域，模型預(yù)測控制以其獨(dú)有的特點(diǎn)而被得到廣泛的關(guān)注。一些學(xué)者將模型預(yù)測控制應(yīng)用于五橋臂逆變器，對(duì)32種開關(guān)狀態(tài)的電流控制效果進(jìn)行分別預(yù)測，并采用價(jià)值函數(shù)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，提高了雙電機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度。但是，該類方法并沒有針對(duì)五橋臂變流器提出有效的轉(zhuǎn)矩同步控制策略，也未改善兩電機(jī)速度外環(huán)的同步性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種方法，能夠在不改變五橋臂雙永磁電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上，有效地提高電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，同時(shí)有效地提高兩電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的同步性能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：五橋臂雙永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速協(xié)同模型預(yù)測控制方法，將三相電網(wǎng)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(gè)臂均由串接的兩個(gè)開關(guān)管構(gòu)成，串接點(diǎn)輸出控制兩臺(tái)三相永磁同步電機(jī)的一個(gè)相，其中第3個(gè)臂同時(shí)控制兩臺(tái)三相永磁同步電機(jī)的各一個(gè)相，還包括如下具體步驟：

1、雙永磁電機(jī)系統(tǒng)電氣量采集與計(jì)算，包括：

(1)采集兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，結(jié)合兩臺(tái)電機(jī)共同的轉(zhuǎn)速參考值，計(jì)算兩臺(tái)電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系上的q軸定子參考電流；

(2)采集兩臺(tái)電機(jī)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(biāo)系上的定子電流分量；

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

(4)采集直流側(cè)電壓；

(5)列出五橋臂逆變器的所有可能輸出的開關(guān)狀態(tài)組合，根據(jù)五橋臂逆變器所有可能輸出的開關(guān)狀態(tài)組合，計(jì)算兩臺(tái)電機(jī)的三相定子電壓；

(6)將兩臺(tái)電機(jī)的三相定子電壓變換為在兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系上的定子電壓分量；