[發明專利]一種永磁同步電機模型預測電流過調制控制方法

有效

• 申請號: 202010958528.5
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112054736B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 於鋒;李凱凱;劉興;趙雙雙
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發明公開了一種優化分區調制的永磁同步電機模型預測電流過調制控制方法。首先獲取電流參考值，q軸電流參考值由PI控制器給出，d軸電流參考值設置為零；接著，由價值函數篩選出最優以及次最優電壓矢量；其次，根據無差拍控制方法，利用電流預測模型計算出期望電壓矢量dq分量，由期望電壓矢量與輸出電壓矢量的幅值關系劃分調制區，并根據調制區選擇電壓矢量；然后，構建帶有罰函數的誤差評估函數，由罰函數確定各個電壓矢量的作用時間，獲得逆變器最優驅動信號。本發明方法提前一個周期判斷系統調制狀態，并改變電壓矢量組合，實現線性調制及過調制最優控制，有效提高電壓利用率、提升電機轉速的同時提高系統的動穩態性能。

技術領域

本發明涉及一種優化分區調制的永磁同步電機模型預測電流過調制控制方法，屬于電機驅動及控制領域。

背景技術

永磁同步電機具有結構簡單、運行可靠、功率因數高和效率高等優點，因此被廣泛應于航空航天、數控機床和制造業等高性能自動化設備領域。隨著電力電子技術的發展，人們對于電機控制系統提出了越來越高的要求，提高逆變器直流母線電壓利用率，提升電機轉速是亟待滿足的需求。過調制技術可以在母線電壓不變的情況下，提高直流母線電壓的利用率，提高電機的最高轉速。傳統的過調制技術需要實時調整合成電壓幅值及相位，計算量大，對硬件系統要求高，且存在不能實現母線電壓的最大化利用，諧波含量高等問題。因此研究一種計算簡單，降低控制器成本，有效提高直流母線電壓利用率的控制算法，具有廣闊的應用前景。

發明內容

技術問題：針對上述現有技術，提出一種優化分區調制的永磁同步電機模型預測電流過調制控制方法，能夠通過較為簡單的控制算法進一步地擴展電機轉速范圍、提高直流母線電壓利用率同時提高系統的動穩態響應。

技術方案：一種優化分區調制的永磁同步電機模型預測電流過調制控制方法，包括如下步驟：

步驟1：在每一個采樣周期，采樣電流傳感器輸出的三相電流信息i_s以及編碼器輸出的電機轉速N及電角度θ_e，并利用Clark/Park變換計算定子電流dq軸分量i_d和i_q；

步驟2：由轉速環PI控制器輸出得到q軸電流參考值i_q^ref，采用i_d＝0控制方式，設置d軸電流參考值i_d^ref為零；

步驟3：通過電流預測模型獲得8個基本電壓作用下的dq軸預測電流值i_d(k+1)和i_q(k+1)；

步驟4：根據無差拍控制原理計算出期望電壓矢量dq分量u_d^ref與u_q^ref，由期望電壓矢量幅值|U_ref|與輸出電壓矢量幅值|U_out|關系劃分調制區，并根據調制區選擇相應的電壓矢量；

步驟5：通過價值函數篩選出使得價值函數最小的電壓矢量以及使得價值函數次最小的電壓矢量，即最優電壓矢量u_opt和次最優電壓矢量u_sub；

步驟6：在不同的調制區域構建帶有罰函數的誤差評估函數，通過罰函數確定各個電壓矢量的最優作用時間，獲得逆變器的最優驅動信號。

有益效果：1)在不同調制區域選取數量不同的電壓矢量合成期望電壓矢量，并在嚴格的限定條件下利用罰函數計算各個矢量最優的作用時間，使得系統在不同調制區均能以最優狀態運行；

2)結合無差拍控制和模型預測可以提前一個采樣周期得到期望電壓矢量的幅值，有利于劃分調制區；

3)通過較為簡單的分區調制，避免了復雜的矢量幅值和相位的調整過程，在一定程度上降低了控制器計算負擔；