[發明專利]永磁同步電機無權值模型預測轉矩控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710271697.X
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107017810B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 花為;黃文濤;殷芳博;丁石川
• 申請（專利權）人: 東南大學鹽城新能源汽車研究院
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/20;H02P21/14;H02P6/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種永磁同步電機無權值模型預測轉矩控制系統及方法，通過轉速控制器獲得轉矩參考值，根據最大轉矩電流比原則與磁鏈方程計算定子磁鏈幅值參考值，同時利用轉矩控制器獲得負載角增量；通過計算得到的定子磁鏈角和檢測得到的轉子位置角獲得當前時刻的負載角，結合負載角增量與當前時刻負載角得到(k+1)時刻的負載角參考值，進而基于負載角參考值和定子磁鏈幅值參考值得到(k+1)時刻的定子磁鏈參考值；利用定子磁鏈參考值和定子磁鏈預測值建立價值函數；通過優化價值函數獲得最優電壓矢量輸送給永磁同步電機。本發明中考慮了永磁同步電機凸極效應，還可以與其他優化控制策略結合，在恒轉矩區和恒功率區均能適用。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機無權值模型預測轉矩控制系統及方法，屬于電機驅動及控制領域。

背景技術

有限控制集模型預測控制能夠根據被控對象的約束和離散特性在線解決優化問題，其結構簡單且容易實現，近年來在電力電子和電機驅動領域被廣泛應用。其中模型預測轉矩控制作為有限控制集模型預測控制中的一種控制形式，在電機控制領域受到深入研究。模型預測轉矩控制從直接轉矩控制發展而來，其以轉矩和定子磁鏈幅值為控制目標，通過優化控制目標的價值函數來選擇最優開關狀態。與直接轉矩控制相比，模型預測轉矩控制具有開關頻率低、動態響應快、能處理電機非線性約束等優點。

然而，轉矩和定子磁鏈幅值的量綱不同，在構建價值函數時需要利用權值對二者進行連接。目前權值的選擇仍缺乏統一的理論指導，國內外學者針對權值選擇的研究主要可以分為兩大類，一是權值選擇優化，二是權值消除。權值選擇優化是通過設計合理有效的方法指導權值選擇，而權值消除基本思想是將統一控制變量量綱以避免權值選擇。與權值選擇優化相比，消除權值可避免權值對電機性能的影響，因而更受研究人員青睞。

中國發明專利《一種永磁同步電機準無差拍模型預測磁鏈控制方法》(專利號為CN201610188463.4，公開日期為2016.07.13)公開了一種準無差拍模型預測磁鏈控制方法。該方法通過分析轉矩和定子磁鏈幅值的關系，通過數學推導將控制變量統一為定子磁鏈矢量，有效消除了權值。然而該方法未能考慮永磁同步電機的凸極效應，也未考慮電機在恒功率區運行工況。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的問題，提供了一種能適用于所有永磁同步電機的無權值模型預測轉矩控制系統及方法，且該方法在恒轉矩區和恒功率區均能適用。

本發明采用的技術方案為：一種永磁同步電機無權值模型預測轉矩控制系統，包括轉速PI控制器、轉矩PI控制器、電流參考計算模塊、定子磁鏈參考計算模塊、優化模塊、逆變器、永磁同步電機、轉矩估計模塊、負載角計算模塊、定子磁鏈預測模塊、編碼器和電流傳感器。

轉速參考值和經編碼器得到的實際轉速做差，差值輸入轉速PI控制器；轉速PI控制器輸出的轉矩參考值與轉矩估計模塊得到的轉矩估計值做差，差值輸入到轉矩PI控制器，同時轉速PI控制器得到的轉矩參考值輸入電流參考計算模塊；轉矩PI控制器輸出的負載角增量與負載角計算模塊輸出當前時刻負載角相加，相加的和輸入到定子磁鏈參考計算模塊；定子磁鏈參考計算模塊和定子磁鏈預測模塊分別輸出定子磁鏈參考值和定子磁鏈預測值到優化模塊；優化模塊輸出最優開關狀態給逆變器；逆變器輸出最優電壓矢量給永磁同步電機；電流傳感器采集到的兩相電流經過PARK變換后得到交直軸電流，交直軸電流輸入轉矩估計模塊進行轉矩估計；交直軸電流和編碼器得到的轉子位置角輸入負載角計算模塊和定子磁鏈預測模塊，分別進行負載角計算和定子磁鏈預測。

一種采用上述系統的永磁同步電機無權值模型預測轉矩控制方法，包括以下步驟：

步驟一：首先，通過轉速控制器獲得轉矩參考值，根據最大轉矩電流比原則與磁鏈方程計算定子磁鏈幅值參考值，同時利用轉矩控制器獲得負載角增量；