[發(fā)明專利]改進的永磁同步電機單電流傳感器無差拍預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011286363.8
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112436773B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張承寧;李永屾;張碩;邱錳;李雪榮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/22;H02P21/12;H02P6/34;H02P25/026;H02P27/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

1.改進的永磁同步電機單電流傳感器無差拍預(yù)測控制方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一、在線實時采集當(dāng)前k時刻永磁同步電機三相電流i_a、i_b、i_c、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速w、轉(zhuǎn)子位置角θ；

步驟二、建立永磁同步電機在α-β坐標系和d-q坐標系下的數(shù)學(xué)模型，并建立傳統(tǒng)無差拍電流預(yù)測控制模型；基于參數(shù)擾動所造成的當(dāng)前k時刻電流測量值和預(yù)測值之差對傳統(tǒng)無差拍電流預(yù)測控制模型進行改進，得到與k+1時刻對應(yīng)的改進無差拍電流預(yù)測控制模型；結(jié)合步驟一中采集的數(shù)據(jù)，實時計算k+1時刻SVPWM輸出電壓范圍內(nèi)的參考電壓；

步驟三、利用逆變器的實時開關(guān)狀態(tài)和采集到的逆變器母線電流i重構(gòu)出三相電流i_a、i_b、i_c，代替步驟一中實時采集到的永磁同步電機三相電流i_a、i_b、i_c；利用k-1時刻開關(guān)周期中第一個上升沿時刻的d、q軸電流實際值，基于伏秒平衡原則計算k時刻d、q軸電流的實際預(yù)測值，并取代所述改進無差拍電流預(yù)測控制模型中的相應(yīng)電流值。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟二中永磁同步電機在α-β坐標系下的數(shù)學(xué)模型為：

u_α＝R_si_α+L_spi_α-w_eψ_rsinθ

u_β＝R_si_β+L_spi_β+w_eψ_rcosθ

ψ_α＝L_si_α+ψ_rcosθ

ψ_β＝L_si_β+ψ_rsinθ

T_e＝1.5p_mψ_r(i_βcosθ-i_αsinθ)

式中，u_α、u_β為α-β坐標系下定子電壓；i_α、i_β為α-β坐標系下定子電流；Ψ_r為轉(zhuǎn)子磁鏈；R_s為定子電阻；L_s為定子電感；w_e、w_m分別為轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子的機械角速度；θ為轉(zhuǎn)子位置角；p為微分算子；T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；T_L為負載轉(zhuǎn)矩；B為粘滯系數(shù)；p_m為電機的極對數(shù)；Ψ_α、Ψ_β為α-β坐標系下的定子磁鏈；t為時間變量；J為負載轉(zhuǎn)動慣量；

所述永磁同步電機在d-q坐標系下的數(shù)學(xué)模型為：

u_d＝R_si_d+pψ_d-w_eψ_q

u_q＝R_si_q+pψ_q+w_eψ_d

ψ_d＝L_di_d+ψ_r

ψ_q＝L_qi_q

T_e＝1.5p_m(ψ_ri_q+(L_d-L_q)i_di_q)

式中，u_d、u_q為d-q坐標系下定子電壓；i_d、i_q為d-q坐標系下定子電流；Ψ_d、Ψ_q為d-q坐標系下的定子磁鏈；L_d、L_q分別為d、q軸的電樞電感；

所述傳統(tǒng)無差拍電流預(yù)測控制模型為：

i_d-p(k+1)＝i_d(k)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_q(k)×T_s×w_e+T_s/L_s×u_d(k)

i_q-p(k+1)＝i_q(k)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_d(k)×T_s×w_e+T_s/L_s×u_q(k)-T_s×w_e×ψ_r/L_s

u_d-p(k+1)＝L_s/T_s×(i_d-ref-(1-T_s×R_s/L_s)×i_d-p(k+1)-T_s×i_q-p(k+1)×w_e)

u_q-p(k+1)＝L_s/T_s×(i_q-ref-(1-T_s×R_s/L_s)×i_q-p(k+1)+T_s×i_d-p(k+1)×w_e+T_s×w_e/L_s×ψ_r)

式中，i_d-p(k+1)為k+1時刻d軸預(yù)測電流，i_q-p(k+1)為k+1時刻q軸預(yù)測電流，i_d-ref為d軸參考電流，i_q-ref為q軸參考電流，u_d-p(k+1)為k+1時刻d軸預(yù)測電壓，u_q-p(k+1)為k+1時刻q軸預(yù)測電壓，T_s為開關(guān)周期；

經(jīng)改進后的無差拍電流預(yù)測控制模型為：

i_d-error(k)＝i_d-p(k)-i_d(k)

i_q-error(k)＝i_q-p(k)-i_q(k)

K_d2＝(u_d(k-1)-u_d(k-2))

K_q2＝(u_q(k-1)-u_q(k-2))

X_d＝(i_d-error(k)-i_d-error(k-1))/K_d2/T_s X_q

＝(i_q-error(k)-i_q-error(k-1))/K_q2/T_s

K_d＝1/L_s-X_d

K_q＝1/L_s-X_q

i_d-p(k+1)

＝u_d(k)×K_d×T_s+i_d(k)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_q(k)×T_s×w_e-(i_d-error(k)-X_d×T_s×u_d(k))

i_q-p(k+1)

＝u_q(k)×K_q×T_s+i_q(k)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_d(k)×T_s×w_e-T_s×w_e×Ψ_f/L_s-(i_q-error(k)-X_q×T_s×u_q(k))

u_d-p(k+1)

＝(i_d-ref-i_d-p(k+1)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_q-p(k+1)×T_s×w_e+i_d-error(k))/(K_d+X_d)/T_s

u_q-p(k+1)

＝(i_q-ref-i_q-p(k+1)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_d-p(k+1)×T_s×w_e+T_s×w_e×Ψ_f/L_s+i_q-error(k))/(K_q+X_q)/T_s

式中，i_d-error(k)、i_q-error(k)分別為k時刻d、q軸電流預(yù)測誤差，i_d-p(k)、i_q-p(k)分別為k時刻d、q軸電流預(yù)測值，i_d(k)、i_q(k)分別為k時刻d、q軸電流的實際測量值，u_d(k-1)和u_d(k-2)分別為k-1時刻和k-2時刻作用的d軸電壓，同理可得u_q(k-1)和u_q(k-2)，i_d-p(k+1)為經(jīng)改進后的k+1時刻d軸預(yù)測電流，i_q-p(k+1)為經(jīng)改進后的k+1時刻q軸預(yù)測電流。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟三具體為：

根 據(jù)k-1時刻的重構(gòu)電流，計算k時刻的電流實際值的預(yù)測值i_d′(k)、i_q′(k)，以此來代替k時刻電流的實際值，計算時要根據(jù)k-1周期的電流更新時刻對u_d(k-1)和u_q(k-1)進行補償；

i_d′(k)＝i_d(k-1，t₁)×(1-(T_s-t₁)×R_s/L_s)+i_q(k-1，t₁)×(T_s-t₁)×w_e+(T_s-t₁)/L_s×u_d(k-1)×T_s/(T_s-t₁)

i_q′(k)＝i_q(k-1，t₁)×(1-(T_s-t₁)×R_s/L_s)-i_d(k-1，t₁)×(T_s-t₁)×w_e+(T_s-t₁)/L_s×u_q(k-1)×T_s/(T_s-t₁)-(T_s-t₁)×w_e×Ψ_f/L_s

其中，i_d′(k)為k時刻的d軸電流實際值的預(yù)測值，i_q′(k)為k時刻的q軸電流實際值的預(yù)測值，t₁為一個開關(guān)周期內(nèi)第一個上升沿時刻，i_d(k-1，t₁)為k-1周期t₁時刻的d軸電流實際值，i_q(k-1，t₁)為k-1周期t₁時刻的q軸電流實際值；然后用i_d′(k)和i_q′(k)取代步驟二中無差拍電流預(yù)測控制模型中的i_d(k)和i_q(k)。