[發明專利]一種開關占空比預測轉矩控制方法

有效

• 申請號: 201811140546.1
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109660160B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 夏長亮;李晨;閻彥;史婷娜;王志強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/022
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種開關占空比預測轉矩控制方法：根據永磁同步電機系統中逆變器的三相開關占空比與電磁轉矩、定子磁鏈之間的關系建立永磁同步電機系統中以三相開關占空比為控制變量的預測模型；將離散化的三相開關占空比組納入到控制集中，建立新的三相離散開關占空比組控制集；將電磁轉矩與定子磁鏈在每個控制周期末的誤差平方作為評價指標，構建評價函數，利用評價函數對新建的三相離散開關占空比組控制集中不同的三相離散開關占空比組所對應的電磁轉矩與定子磁鏈在每個控制周期末的誤差進行評估；將評估結果中最小的三相離散開關占空比組所對應的三相開關信號輸出到三相逆變器中。本發明根據評價函數的篩選結果直接將最優三相開關占空比對應的三相開關狀態輸出給逆變器。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機控制方法。特別是涉及一種在預測轉矩控制的情況下，兼 顧電機的運行性能的開關占空比預測轉矩控制方法。

背景技術

永磁同步電機具有結構簡單、功率密度高、調速范圍廣等優點，因此在電梯拖動、數控 機床、鐵路牽引系統等領域中獲得了廣泛的研究與應用。預測轉矩控制具有實現方法靈活， 易于在多變量系統中實現，動態響應速度快等優點，如今隨著微處理器技術的不斷發展，預 測轉矩控制得到了越來越多的關注，并且在永磁同步電機系統中得到了廣泛的研究。

在兩電平電壓源逆變器饋電的永磁同步電機系統中，有限控制集預測轉矩控制方法的控 制集中的控制變量是8個基本電壓矢量：6個幅值及相角固定的有效電壓矢量與2個零矢量。 由于在每個控制周期中有限控制集預測轉矩控制方法僅從控制集中選擇一個最優的電壓矢量 輸出到逆變器中，因此有限控制集預測轉矩控制的控制自由度低，電磁轉矩難以實現高精度 控制，造成了較大的轉矩波動。為了降低有限控制集預測轉矩控制的穩態轉矩波動，現有方 法通過擴充控制集中的控制變量來提高對電磁轉矩與定子磁鏈的控制精度，降低轉矩波動。 各類預測轉矩控制方法通過豐富控制集中的控制變量或在一個控制周期中施加多個基本電 壓矢量來提高對電磁轉矩與定子磁鏈的控制精度，但更多的控制量也意味著更高的計算復雜 度。隨著電力電子器件技術的不斷發展，如SiC功率開關器件技術的不斷成熟與普及，功率 開關器件允許的開關頻率不斷提高。為了滿足獲得更高開關頻率的需求，需要用更時間完成 控制方法的執行，從而提高數字控制電路的控制頻率。因此尋找一種具有良好控制性能并且 方法復雜度低的控制方法變得更加具有意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠在獲得良好的永磁同步電機轉矩、磁鏈穩 態性能的基礎上降低預測控制的計算復雜度的開關占空比預測轉矩控制方法。

本發明所采用的技術方案是：一種開關占空比預測轉矩控制方法，包括如下步驟：

1)根據永磁同步電機系統中逆變器的三相開關占空比與電磁轉矩、定子磁鏈之間的關系 建立永磁同步電機系統中以三相開關占空比為控制變量的預測模型；

2)將離散化的三相開關占空比組納入到控制集中，建立新的三相離散開關占空比組控制 集；

3)將電磁轉矩與定子磁鏈在每個控制周期末的誤差平方作為評價指標，構建評價函數， 利用評價函數對新建的三相離散開關占空比組控制集中不同的三相離散開關占空比組所對應 的電磁轉矩與定子磁鏈在每個控制周期末的誤差進行評估；

4)將評估結果中最小的三相離散開關占空比組所對應的三相開關信號輸出到三相逆變器 中。

步驟2)所述的預測模型是：