[發明專利]改進的永磁同步電機單電流傳感器無差拍預測控制方法

有效

• 申請號: 202011286363.8
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112436773B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張承寧;李永屾;張碩;邱錳;李雪榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 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所 11430
• 代理人: 范盈

本發明提供了改進的永磁同步電機單電流傳感器無差拍預測控制方法，首先對傳統的無差拍預測控制進行改進，改進后的無差拍預測控制能有效的抑制電機參數變化帶來的影響。然后將基于單電流傳感器的重構相電流應用于改進無差拍預測控制，降低了控制系統的成本，減小了控制系統的體積，避免了電流傳感器之間的差異帶來的測量誤差。此外，該控制方法對電機的參數變化具有一定的抑制作用。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制技術領域，尤其涉及永磁同步電機基于母線電流傳感器的單電流傳感器無差拍預測控制，適用于永磁同步電機參數失配情況下對參數擾動的抑制。

背景技術

現有的永磁同步電機控制技術中，利用傳統控制策略如PI控制、無差拍模型預測控制等的手段，對系統模型和電機參數的依賴程度非常高，存在固有的參數魯棒性差的問題，當參數發生變化時，控制效果會迅速下降，導致這些依賴模型和參數精確度的控制策略不能滿足高性能控制的要求，限制了其應用范圍。

目前，永磁同步電機控制的主要方法包括矢量控制和直接轉矩控制，多數基于閉環控制，需要采集電機的三相電流進行反饋形成閉環。三相電流的準確采集對于這些控制策略來說尤為重要，最簡單的方式是分別檢測兩相繞組電流，但由于不同傳感器之間的直流偏置差異或電流增益差異都會給整個系統帶來轉矩波動的增加，限制了系統性能的提升。若采用單電流傳感器就不會存在這個問題，同時單電流傳感器方式硬件成本是最低的。但由于單電流傳感器采樣的非同時性，電流重構需要復雜的算法，并需要考慮電壓矢量的補償。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種改進的永磁同步電機單電流傳感器無差拍預測控制方法，具體包括以下步驟：

步驟一、在線實時采集當前k時刻永磁同步電機三相電流i_a、i_b、i_c、轉子轉速w、轉子位置角θ；

步驟二、建立永磁同步電機在α-β坐標系和d-q坐標系下的數學模型，并建立傳統無差拍電流預測控制模型；基于參數擾動所造成的當前k時刻電流測量值和預測值之差對傳統無差拍電流預測控制模型進行改進，得到與k+1時刻對應的改進無差拍電流預測控制模型；結合步驟一中采集的數據，實時計算k+1時刻 SVPWM輸出電壓范圍內的參考電壓；

步驟三、將改進的永磁同步電機無差拍預測控制和單電流傳感器母線電流采樣結合起來，即利用逆變器的實時開關狀態和采集到的逆變器母線電流i重構出三相電流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軸電流的實際預測值，并取代所述改進無差拍電流預測控制模型中的相應電流值。

進一步地，所述步驟二中永磁同步電機在α-β坐標系下的數學模型為：

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