[發明專利]一種基于模型預測電流控制的開繞組永磁同步電機容錯控制方法

在審

• 申請號: 202010765817.3
• 申請日: 2020-08-01
• 公開（公告）號: CN112117941A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 錢黎峰
• 申請（專利權）人: 南通長江電器實業有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于模型預測電流控制的開繞組永磁同步電機容錯控制方法。首先，通過轉速調節器獲得參考電流i_q^ref；然后，根據逆變器故障類型分析故障后的電壓空間矢量狀態，再根據預測模型并結合電流方程在線預測(k+1)時刻電流的d軸、q軸和零軸分量i_d(k+1)、i_q(k+1)、i₀(k+1)；進而，利用(k+1)時刻電流預測值和參考值構建價值函數，并通過最小化價值函數獲得逆變器最優開關狀態。本發明可在開繞組永磁同步電機逆變器故障狀態下獲得良好的動穩態性能。

技術領域

本發明涉及一種基于模型預測電流控制的開繞組永磁同步電機容錯控制方法，屬于電機驅動及控制領域。

背景技術

開繞組電機是將傳統三相電機的中性點打開，構成具有雙端口的繞組開放式結構，電機的磁路及結構沒有改變，由于中性點打開之后各項電機繞組之間的約束關系不再存在，各項繞組獨立，可以在一定程度上提高電機本體的可靠性和電機驅動系統的容錯能力。傳統永磁同步電機具有6個開關器件結構，而在開繞組永磁同步電機系統中，雙逆變器供電使得系統具有12個開關器件結構，增加的開關器件提高了系統故障風險。

共直流母線型開繞組永磁同步電機系統會產生零序電流，零序電流給系統帶來了額外的銅耗、溫升及轉矩波動等負面效應，因此在開繞組電機的控制中，對零序電流的抑制是一個重要內容。

基于以上考慮，為了在故障工況下電機仍能正常工作，有人提出了采用簡化的PWM方法來計算各相開關管的導通時刻，與三角載波相比較，得到逆變器的開關波形圖，但是故障后容錯控制中不能很好的實現對零序電流的抑制。也有人提出，在故障工況下的開繞組永磁同步電機采用SVPWM策略，雖能很好地控制開繞組永磁同步電機容錯控制中的零序電流，但是設計復雜，計算量大。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種基于模型預測電流控制的開繞組永磁同步電機容錯控制方法，在逆變器故障的情況下可獲得較好的動穩態性能。

技術方案：一種基于模型預測電流控制的開繞組永磁同步電機容錯控制方法，包括轉速外環PI控制器、模型預測電流控制模塊、價值函數模塊、逆變器、坐標變換模塊、開繞組永磁同步電機和編碼器；首先，通過轉速外環PI控制器獲得參考電流i_q^ref，并給定d軸電流參考值i_d^ref＝0；再從電機編碼器中獲取永磁同步電機的電角度θ_r和電角速度ω，并利用電流傳感器獲取k時刻的三相定子電流i_a，i_b和i_c，經坐標變換后得到k時刻定子電流的d-q-0軸分量i_d、i_q和i₀；進而，根據逆變器故障類型分析故障后的電壓空間矢量狀態，利用一階歐拉方程將電流微分方程離散化處理獲取(k+1)時刻定子電流預測值d-q-0軸分量i_d(k+1)、i_q(k+1)、i₀(k+1)；最后，利用(k+1)時刻電流預測值和參考值構建價值函數，并通過最小化價值函數獲得逆變器最優電壓矢量。

進一步的，所述的q軸電流的參考值i_q^ref獲取方法為：將參考轉速與編碼器所測得的實際轉速之間的差值e_n輸入轉速PI控制器，根據公式(1)獲得所述的q軸電流的參考值i_q^ref；

式中，k_p和k_i分別為轉速外環PI控制器的比例增益和積分增益，s表示復變量。