[發(fā)明專利]一種永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)有限狀態(tài)集模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911215132.5
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN110943663B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李耀華;秦輝;蘇錦仕;秦玉貴;趙承輝;周逸凡
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/20
• 分類號(hào): H02P21/20;H02P21/28;H02P6/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)有限狀態(tài)集模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法，基于表面式永磁同步電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩預(yù)測模型，分析了電壓矢量角度和幅值對(duì)電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用規(guī)律，使用模糊控制根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)在線設(shè)計(jì)備選電壓矢量集合，并分析在備選電壓矢量集合中增加零電壓矢量對(duì)系統(tǒng)控制效果的影響。綜合考慮系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、磁鏈、開關(guān)頻率以及動(dòng)態(tài)性能的控制要求，以磁鏈誤差絕對(duì)值作為系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)判斷條件，動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的備選電壓矢量集合，精簡了備選電壓矢量集合，同時(shí)提高了控制系統(tǒng)的綜合性能，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)有限狀態(tài)集模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)有限狀態(tài)集模型預(yù)測控制根據(jù)三相兩電平逆變器可產(chǎn)生的7個(gè)基本電壓矢量進(jìn)行模型預(yù)測與成本函數(shù)計(jì)算。有限狀態(tài)集模型預(yù)測控制雖然控制思想簡單，但每個(gè)控制周期備選電壓矢量集的7個(gè)基本電壓矢量角度和幅值固定，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈控制效果有限，存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與磁鏈脈動(dòng)較大的問題。

通過空間矢量調(diào)制可產(chǎn)生角度和幅值均可變的電壓矢量，優(yōu)化了系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的控制，但也帶來備選電壓矢量數(shù)目增多，系統(tǒng)開關(guān)頻率和計(jì)算負(fù)擔(dān)增大的問題，而且單純增加備選電壓矢量數(shù)量對(duì)性能的提升也有局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)有限狀態(tài)集模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)確定優(yōu)化的備選電壓矢量集合，備選電壓矢量集合設(shè)計(jì)思想由越多越好轉(zhuǎn)為越優(yōu)越好，以提高永磁同步電機(jī)模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)有限狀態(tài)集模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：

S1、建立表面式永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)有限狀態(tài)集預(yù)測控制模型；

S2、基于表面式永磁同步電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩預(yù)測模型，獲得在不同電壓矢量的角度和幅值作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈變化量的簡化計(jì)算模型，分析得到電壓矢量角度和幅值對(duì)電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用規(guī)律；

S3、結(jié)合電壓矢量角度和幅值對(duì)電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用規(guī)律，使用模糊控制確定備選電壓矢量集合，設(shè)計(jì)模糊控制器的輸入變量為轉(zhuǎn)矩誤差E_T和磁鏈誤差E_ψ，輸出備選電壓矢量角度和備選電壓矢量幅值，結(jié)合電壓矢量角度和幅值對(duì)電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的作用規(guī)律，設(shè)計(jì)模糊規(guī)則；

S4、分析在模糊控制確定的備選電壓矢量集合中增加零電壓矢量對(duì)系統(tǒng)控制效果的影響，以磁鏈誤差絕對(duì)值作為系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)判斷條件，在模糊控制輸出備選電壓矢量的基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)增加零電壓矢量。

具體的，步驟S1中，表面式永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)有限狀態(tài)集磁鏈和轉(zhuǎn)矩預(yù)測模型為：

其中，T_e(k)分別為當(dāng)前時(shí)刻定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩觀測值，T_e(k+1)分別為下一時(shí)刻定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩預(yù)測值，為電壓矢量幅值，Δt為電壓矢量的作用時(shí)間，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ψ_f為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈幅值，L_d為定子繞組直軸電感分量，α為當(dāng)前時(shí)刻作用到定子繞組上的電壓矢量與定子磁鏈夾角，δ(k)為當(dāng)前時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)矩角。

進(jìn)一步的，模型預(yù)測控制使用的成本函數(shù)為：

其中，T_e^*、分別為電機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈參考值。

具體的，步驟S2中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈變化量計(jì)算簡化為：