[發(fā)明專利]一種基于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710317022.4
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107104617B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧子廣;朱沙;林靖宇;邵磊;葉偉清;洪鶴雋;許柳
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/20;H02P21/14
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚;何承鑫

1.一種基于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1)、通過電流傳感器獲取k時刻永磁同步電機(jī)的三相定子電流i_sa(k)、i_sb(k)、i_sc(k)，并且通過電壓傳感器獲取永磁同步電機(jī)直流側(cè)電壓U_dc，并且通過編碼器獲取永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω；

S2)、通過將轉(zhuǎn)速ω與參考轉(zhuǎn)速ω^*做差后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出得到參考轉(zhuǎn)矩指令T_e^*；

S3)、通過參考轉(zhuǎn)矩指令T_e^*計算得到參考定子磁鏈ψ_s^*，其計算公式如下：

其中，P為極對數(shù)，ψ_f為轉(zhuǎn)子磁鏈，|ψ_s^*|為參考定子磁鏈幅值，L_s為定子電感；

S4)、通過計算參考定子磁鏈相位角θ，利用極坐標(biāo)系得到參考定子磁鏈ψ_s^*在αβ軸下的分量ψ_sα^*、ψ_sβ^*，其中，參考定子磁鏈相位角θ計算公式如下：

θ＝arctan(L_sT_e^*/(1.5Pψ_f²))+ωt，

其中，ω為轉(zhuǎn)速，arctan(L_sT_e^*/(1.5Pψ_f²))為轉(zhuǎn)矩角，參考定子磁鏈ψ_s^*在αβ軸下的分量ψ_sα^*、ψ_sβ^*的計算公式如下：

ψ_sα^*＝|ψ_s^*|cosθ，

ψ_sβ^*＝|ψ_s^*|sinθ；

S5)、根據(jù)逆變器的驅(qū)動信號S_a、S_b、S_c和直流側(cè)電壓U_dc計算得到k時刻永磁同步電機(jī)三相電壓u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)，計算公式如下：

S6)、通過將永磁同步電機(jī)k時刻的三相電壓u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和永磁同步電機(jī)的三相定子電流i_sa(k)、i_sb(k)、i_sc(k)經(jīng)過坐標(biāo)變換后可以得到u_sα(k)、u_sβ(k)和i_sα(k)、i_sβ(k)，其計算公式如下：

S7)、通過u_sα(k)、u_sβ(k)和i_sα(k)、i_sβ(k)計算可以得到定子磁鏈ψ_s(k)在αβ軸下的分量ψ_sα(k)、ψ_sβ(k)，并根據(jù)定子磁鏈ψ_s(k)的分量ψ_sα(k)、ψ_sβ(k)計算得到轉(zhuǎn)矩T_e(k)，計算公式如下：

其中，R_s為定子電阻；

S8)、通過反park 坐標(biāo)變換可以得到轉(zhuǎn)子磁鏈ψ_f在靜止坐標(biāo)系下的分量ψ_fα和ψ_fβ，計算公式如下：

S9)、為使每個周期輸出三個不同的電壓矢量，通過三橋臂的8個開關(guān)狀態(tài)，設(shè)定六個非零電壓矢量(u₁u₂u₃u₄u₅u₆)和零電壓矢量u₀或u₇，并將六個非零電壓矢量(u₁u₂u₃u₄u₅u₆)和零電壓矢量u₀或u₇組成12組電壓矢量集，其中每組電壓矢量集由兩個相鄰的非零電壓矢量和零電壓矢量u₀或u₇組成，具體分別為：(u₀u₁u₂)、(u₀u₂u₃)、(u₀u₃u₄)、(u₀u₄u₅)、(u₀u₅u₆)、(u₀u₆u₁)、(u₇u₁u₂)、(u₇u₂u₃)、(u₇u₃u₄)、(u₇u₄u₅)、(u₇u₅u₆)、(u₇u₆u₁)，并從這12組電壓矢量集中任意選取一組電壓矢量集作用于k+1時刻，從而使永磁同步電機(jī)快速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，為了減少開關(guān)損耗，設(shè)置每組電壓矢量左右對稱；

S10)、根據(jù)與計算得到下一時刻k+1的定子磁鏈分量的預(yù)測值ψ_sα(k+1)和ψ_sβ(k+1)，其中，由于定子電阻R_s的阻值很小，可以忽略，計算公式如下：

其中，k_αi＝u_αi、k_βi＝u_βi、k_αj＝u_αj、k_βj＝u_βj為不同非零電壓矢量(u_i、u_j)在αβ軸下作用的磁鏈斜率，t₁和t₂為相對應(yīng)非零電壓矢量(u_i、u_j)作用的時間長，其中，t₁和t₂的計算式為：

其中，Δψ_sα(k)＝ψ_sα(k+1)-ψ_sα(k)＝ψ_sα^*(k)-ψ_sα(k)；Δψ_sβ(k)＝ψ_sβ(k+1)-ψ_sβ(k)＝ψ_sβ^*(k)-ψ_sβ(k)；

另外，零電壓矢量u₀或u₇作用的時間為t₀＝T_s-t₁-t₂，其中，T_s為控制周期；

S11)、由于轉(zhuǎn)矩含有電流和磁鏈乘積，從而下一時刻k+1的電流預(yù)測值的計算公式如下：

由于可將電流預(yù)測值中含電壓部分替換，得到：

則可得下一時刻k+1的轉(zhuǎn)矩的預(yù)測值T_e(k+1)為：

其中，由于i_sα0、i_sβ0均為k時刻的值，故無需預(yù)測下一時刻k+1的電流值，其中，T_s為控制周期；

S12)、通過在價值函數(shù)g中加入開關(guān)次數(shù)f，從而區(qū)別零電壓矢量u₀與u₇，并且依次將步驟S10)和S11)中在12組不同電壓矢量集作用下的定子磁鏈分量的預(yù)測值ψ_sα(k+1)和ψ_sβ(k+1)與轉(zhuǎn)矩的預(yù)測值T_e(k+1)輸入到價值函數(shù)g中，分別計算得到12個不同的價值函數(shù)g值，計算公式如下：

g＝|T_e(k+1)-T_e^*(k)|+λ|ψ_s(k+1)-ψ_s^*(k)|+f，

其中，λ為加權(quán)系數(shù)，f為開關(guān)次數(shù)；

S13)、選取步驟S12)中最小的價值函數(shù)g_min值所對應(yīng)的電壓矢量集，以及相對應(yīng)的電壓矢量作用的時間，得到三個不同脈沖信號作用于逆變器，從而控制三個上下管的開通，實(shí)現(xiàn)逆變器的控制。