[發明專利]一種基于擴展控制集的異步電機模型預測控制方法

有效

• 申請號: 201811443904.6
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109274303B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 楊淑英;劉云飛;謝震;張興
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

1.一種基于擴展控制集的異步電機模型預測控制方法，其特征在于，包括：

步驟1：信號采集；采集的信號包括直流側電壓U_dc、定子電壓矢量u_s、定子電流矢量i_s、轉子電角速度ω_r；

步驟2：建立異步電機離散化數學模型及全階觀測器數學模型，并將步驟1中所采集的信號代入全階觀測器數學模型中；

步驟3：將步驟2中所建立的兩個模型進行延時補償；

步驟4：構建控制異步電機的電磁轉矩和磁鏈的目標函數；

步驟5：對電壓矢量進行擴展；

所述步驟5中對電壓矢量進行擴展，包括：

根據矢量間相角差相同的原則，取扇區的角平分線，則得到虛擬電壓矢量，并將電壓矢量幅值設定為一致，即將固有電壓矢量幅值壓縮為原有的倍；

步驟6：選擇最優電壓矢量；

所述步驟6中選擇最優電壓矢量的方法，包括：

在遍歷電壓矢量之前，在復平面上選擇方向相反的兩個電壓矢量，并將空間分割為對稱的兩個區域；

計算位于兩個區域的中間位置的電壓矢量所對應的目標函數的值并比較二者的大小，最優電壓矢量即位于目標函數較小的一個區域；

接著遍歷相應區域的電壓矢量，同樣選擇令目標函數最小的電壓矢量，即為最優電壓矢量；

步驟7：根據步驟6選擇的最優電壓矢量所對應的開關管的開關狀態及占空比，得到開關管的導通時長，更新比較寄存器的值，從而由數字信號處理器產生逆變器的開關信號，完成逆變器的電壓矢量調制信號的生成。

2.根據權利要求1所述的基于擴展控制集的異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述步驟1中所述直流側電壓U_dc、定子電壓矢量u_s的獲取方式為：

所述定子電壓矢量u_s由直接采集位于數字信號處理器中的電機控制器運算單元生成的電壓矢量信號，并再經過數字低通濾波器得到的值替代；所述數字低通濾波器的截止頻率為f，所述定子電壓矢量u_s滿足如下公式：

u_s(k)＝u_s(k-1)×(1-f×T_sc)+u_i×f×T_sc (1)

式中，u_i為控制器運算單元發出的電壓矢量，T_sc為控制周期時長，u_s(k)和u_s(k-1)分別表示u_s在第k和k-1時刻的值；

所述直流側電壓U_dc由霍爾電壓傳感器采樣逆變器直流側電壓，再經過調理后得到。

3.根據權利要求2所述的一種基于擴展控制集的異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述步驟1中所述定子電流矢量i_s的獲取方式為：

利用霍爾電流傳感器采集定子A相電流i_sa、定子B相電流i_sb、定子C相電流i_sc；

將所采集的電流信號經過調理后，輸入數字信號處理器中，在數字信號處理器中，通過編程對獲得的電流采樣值i_sa、i_sb、i_sc利用公式(2)的坐標變換獲得異步電機在靜止坐標系α-β下的定子電流矢量i_s；

式中，i_sα為α軸電流，i_sβ為β軸電流。

4.根據權利要求3所述的一種基于擴展控制集的異步電機模型預測控制方法，其特征在于，所述步驟1中所述轉子電角速度ω_r的獲取方式為：

在一個預設采樣周期T內采樣安裝在電機軸上的光電式旋轉編碼器A、B相發出的脈沖沿個數N；

根據轉子電角速度ω_r和光電式旋轉編碼器A、B相發出的脈沖沿個數N以及預設采樣周期T之間的關系，計算出轉子電角速度ω_r，計算公式為：

式中，M為光電式旋轉編碼器旋轉一周所產生的脈沖沿個數，N_p為異步電機極對數。