[發明專利]一種永磁同步電機三矢量模型預測電流控制電路和方法

在審

• 申請號: 202010982562.6
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112217437A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 劉普;易映萍;張秋葵;楊小亮;申永鵬;梁燕;王延峰;趙俊;劉勝;胡四全;俎立峰;甘江華;石偉
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14;H02P6/34;H02P6/28;H02P25/024;H02P27/08
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 吳超

本發明涉及一種永磁同步電機三矢量模型預測電流控制電路和方法，包括如下步驟：1、確定最優電壓矢量所處扇區，令所述扇區相鄰電壓矢量作為模型預測控制的非零矢量電壓；2、計算三矢量電壓下的電流增量；3、根據電流增量和三矢量電壓，以及當前采樣電流值和給定電流指令值，計算出所需電壓矢量作用的時間；4、所述電壓矢量時間用以修正三相逆變器的開關信號占空比；5、對電流指令進行修正。本發明中逆變器輸出電壓矢量幅值、方向皆可調，大大減小了穩態誤差，無需死區補償，參數魯棒性強。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體設計一種永磁同步電機三矢量模型預測電流控制電路和方法。

背景技術

傳統的永磁同步電機有限控制集模型電流預測控制主要存在開關頻率不固定、電壓矢量幅值方向固定、參數依賴性強等問題。模型預測控制沒有調制單元，逆變器直接執行滾動優化選出最優開關序列組合，因此逆變器開關動作不規律、頻率不固定，從而三相電壓電流頻譜分散，濾波難度高；傳統模型預測控制每個控制周期只能由逆變器發出一個電壓矢量，由于一個控制周期內僅有單個電壓矢量作用，系統產生的穩態誤較大；電機運行過程中，一些參數會根據電機的運行狀態發生變化，使得實際電機參數與模型參數不匹配，模型預測參數敏感性強從而導致系統性能差。

發明內容

為了減小傳統電流預測控制系統下穩態誤差大，計算負擔重，參數依賴性強以及三相電壓電流諧波分量高的缺點，本發明基于三矢量模型預測的控制原理提出的永磁同步電機三矢量模型預測電流控制電路和方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1：確定最優電壓矢量所處扇區，令所述扇區相鄰電壓矢量作為模型預測控制的非零矢量電壓，并轉換至dq坐標系下；

步驟2：兩個所述相鄰電壓矢量作用于永磁同步電機，計算兩個相鄰電壓矢量作用下的電流增量，和零矢量電壓下的電流增量；

步驟3：根據步驟2中所述的電流增量和三矢量電壓，以及當前采樣電流值和給定電流指令值，計算出所需電壓矢量作用的時間；

步驟4：所述電壓矢量時間用以修正三相逆變器的開關信號占空比；

步驟5：對電流指令進行校正。

進一步的，所述步驟1中采用無差拍原理確定最優電壓矢量u_ref，并判斷其所處扇區，令該扇區相鄰電壓矢量即u_m、u_n作為模型預測控制的非零矢量；其中U_ref在dq坐標系下電壓分量為u_dref、u_qref，

其中，k表示當前時刻；k+1表示下一時刻；T_s為采樣周期；i_d(k)、i_q(k)分別是當前時刻的d、q軸電流采樣值；i_d(k+1)、i_q(k+1)分別是下一時刻的d、q軸電流預測值；u_d(k)、u_q(k)分別是當前時刻的d、q軸電壓采樣值；ω_e(k)是當前時刻的電角速度；是永磁體磁鏈；L_d、L_q分別為d、q軸電感；R_s是定子電阻。

進一步的，所述步驟2中，所述相鄰電壓矢量u_m、u_n作用于永磁同步電機，產生電流增量S_dm、S_qm、S_dn、S_dn，零矢量u₀產生的電流增量為S_d0、S_q0，