[發(fā)明專利]基于有效開關(guān)時(shí)間的三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810385787.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108599652B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫丹;鄭志豪;蘇均攀
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/14;H02P25/026;H02P27/06;H02P6/34
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發(fā)明公開了一種基于有效開關(guān)時(shí)間的三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測控制方法，該方法在模型預(yù)測磁鏈控制基礎(chǔ)上，引入偏移電壓矢量概念得到偏移磁鏈誤差矢量，并由此直接計(jì)算得到三相四開關(guān)逆變器的有效開關(guān)時(shí)間，最后采用對稱調(diào)制的方法得到各開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號用以對電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制。本發(fā)明方法引入的偏移電壓矢量，使得扇區(qū)判斷時(shí)消去電容電壓波動(dòng)的影響，控制算法的優(yōu)化使預(yù)測計(jì)算的次數(shù)減少，系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)降低，在每個(gè)控制周期中作用多個(gè)電壓矢量從而提高了電機(jī)系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行性能，使得電機(jī)運(yùn)行可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有效開關(guān)時(shí)間的三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)

電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制部分常采用三相六開關(guān)電壓源逆變器，當(dāng)開關(guān)器件發(fā)生故障造成電機(jī)某相繞組開路，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，機(jī)械噪音惡化，整體性能降低，因此有必要研究逆變器故障運(yùn)行下的電機(jī)控制策略。近年來，三相四開關(guān)電壓源型逆變器能作為傳統(tǒng)三相六開關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，某一相功率開關(guān)器件及其驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障時(shí)的容錯(cuò)后拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低而受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

針對傳統(tǒng)模型預(yù)測控制策略中需要對評估函數(shù)中權(quán)重因子進(jìn)行系數(shù)整定的缺點(diǎn)，公開號為CN107453664A的中國發(fā)明專利提出了一種優(yōu)化算法，通過將控制目標(biāo)統(tǒng)一為對定子磁鏈?zhǔn)噶康目刂疲嗽u估函數(shù)權(quán)重因子整定工作，但該方法仍采用遍歷法將每個(gè)可選矢量代入評估函數(shù)選取最優(yōu)解，系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)大。該算法在每個(gè)控制周期只作用一個(gè)基本電壓矢量，使得開關(guān)頻率不固定并且為達(dá)到較好的穩(wěn)態(tài)性能，控制器需要輸出較高的控制頻率，增加了系統(tǒng)成本。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種基于有效開關(guān)時(shí)間的三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測控制方法，引入了偏移電壓矢量的概念，扇區(qū)判斷時(shí)消去電容電壓波動(dòng)的影響，并在每個(gè)控制周期中作用了多個(gè)電壓矢量，能直接得到三相四開關(guān)逆變器的有效開關(guān)時(shí)間；該控制算法的優(yōu)化使預(yù)測計(jì)算的次數(shù)減少，避免了復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算，系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)降低，提高了電機(jī)系統(tǒng)靜態(tài)運(yùn)行性能。

一種基于有效開關(guān)時(shí)間的三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測控制方法，包括如下步驟：

(1)通過測量得到電機(jī)的三相定子電流i_a～i_c和轉(zhuǎn)子位置角θ_r，并對轉(zhuǎn)子位置角θ_r進(jìn)行微分得到電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r，同時(shí)采集三相四開關(guān)逆變器中A相上橋臂電容電壓V_C1和A相下橋臂電容電壓V_C2；

(2)根據(jù)步驟(1)中采集到的信息計(jì)算出電機(jī)的磁鏈補(bǔ)償量Ψ_{dq_com}以及磁鏈給定矢量Ψ_{dq_ref}；

(3)根據(jù)電容電壓V_C1和V_C2確定偏移電壓矢量V_off，進(jìn)而結(jié)合d-q坐標(biāo)系下的磁鏈給定矢量Ψ_{dq_ref}計(jì)算出電機(jī)在α-β坐標(biāo)系下的偏移磁鏈誤差矢量ΔΨ_{αβ_off}；

(4)根據(jù)偏移磁鏈誤差矢量ΔΨ_{αβ_off}計(jì)算每個(gè)控制周期中三個(gè)基本電壓矢量對應(yīng)的持續(xù)作用時(shí)間t_MS、t_L、t_SS；

(5)根據(jù)偏移磁鏈誤差矢量ΔΨ_{αβ_off}以及持續(xù)作用時(shí)間t_MS、t_L、t_SS確定每個(gè)控制周期中三相四開關(guān)逆變器B、C兩相上橋臂開關(guān)器件對應(yīng)的有效開通時(shí)間T_B和T_C，進(jìn)而采用對稱調(diào)制方法生成B、C兩相開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號，用以對電機(jī)系統(tǒng)施加控制。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中通過以下公式計(jì)算電機(jī)的磁鏈補(bǔ)償量Ψ_{dq_com}：