[發(fā)明專利]一種基于擴(kuò)展控制集的異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811443904.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109274303B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淑英;劉云飛;謝震;張興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于擴(kuò)展控制集的異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法，涉及異步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括：信號(hào)采集；建立異步電機(jī)離散化數(shù)學(xué)模型及全階觀測(cè)器數(shù)學(xué)模型，并將所采集的信號(hào)代入模型中；將所建立的模型進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償；構(gòu)建控制異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈的目標(biāo)函數(shù)；對(duì)電壓矢量進(jìn)行擴(kuò)展；最優(yōu)電壓矢量的選擇；根據(jù)選擇的最優(yōu)電壓矢量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及占空比，得到開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)，更新比較寄存器的值，由數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，完成逆變器的電壓矢量調(diào)制信號(hào)的生成。優(yōu)點(diǎn)在于：將控制集進(jìn)行擴(kuò)展，較好的解決了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大的問(wèn)題，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種基于擴(kuò)展控制集的異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

隨著DSP運(yùn)算速度的不斷提升，有限控制集模型預(yù)測(cè)控制(Finite Control Set-MPC,FCS-MPC)因其無(wú)需調(diào)制器，而且無(wú)需綜合考慮預(yù)測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域、各時(shí)域目標(biāo)函數(shù)權(quán)值系統(tǒng)的配合設(shè)計(jì)等，其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是結(jié)合了變化器的離散特性和開(kāi)關(guān)狀態(tài)有限的特性，成為交流電機(jī)控制領(lǐng)域一個(gè)重要的分支。

如圖1所示，采用的六邊形構(gòu)造，對(duì)于傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制方案而言，由于三相兩電平逆變器的上下橋臂開(kāi)關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)，一共可以提供8個(gè)基本開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)著7種不同的基本電壓矢量，其幅度和相位都是固定。逆變器產(chǎn)生的電壓矢量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)如表1所示。

表1：傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制方案電壓矢量表

其中S_a1、S_b1、S_c1分別表示逆變器第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，等于1時(shí)表示上開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通且占空比為1，下開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；等于0時(shí)表示上開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，下開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通且占空比為1。由于電壓矢量數(shù)量較少，離散度較大，通常會(huì)導(dǎo)致較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和磁鏈波動(dòng)。則逆變器輸出電壓矢量個(gè)數(shù)較為有限，使得逆變器的輸出電壓與最優(yōu)控制電壓無(wú)法達(dá)到無(wú)差拍控制，直接導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩有較大的高頻脈動(dòng)，也降低了控制的穩(wěn)定性，使轉(zhuǎn)子內(nèi)部較大的機(jī)械應(yīng)力，降低了電機(jī)運(yùn)行效率。

研究異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制，對(duì)進(jìn)一步提高模型預(yù)測(cè)控制的性能具有重要的意義。對(duì)此，許多學(xué)者展開(kāi)了不同的嘗試，如題為“Torque ripple reductionof model predictive torque control of induction motor drives”(IEEE EnergyConversion Congress and Exposition.201328(10)1176-1183)的文章，針對(duì)模型預(yù)測(cè)控制中轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)大的問(wèn)題，根據(jù)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)最小化的原理計(jì)算最優(yōu)持續(xù)時(shí)間，通過(guò)占空比控制引入了零矢量，從而起到抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果，但其低速性能略顯不足，且磁鏈波動(dòng)較大導(dǎo)致電流紋波也較大，在一定程度上限制了其應(yīng)用場(chǎng)合。

題為“Model Predictive Torque Control ofInduction Motor Drives WithOptimal Duty Cycle Control”(IEEE Transactions on Power Electronics.2014 29(12)6593-6603)的文章，同樣針對(duì)電壓矢量較少的問(wèn)題，使用雙矢量進(jìn)行控制。不同的是，作者將矢量組合放寬至任意兩個(gè)矢量，與固定使用零矢量的MPC相比，該方法在不影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)的情況下實(shí)現(xiàn)了更好的穩(wěn)態(tài)性能，但是第二矢量的選取方式較復(fù)雜，占用較多的運(yùn)算時(shí)間，對(duì)DSP的運(yùn)算速度提出了較高的要求，提高了方案應(yīng)用的成本。