[發明專利]一種三電平永磁同步電動機三矢量模型預測轉矩控制方法

有效

• 申請號: 202011352040.4
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112583315B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 涂建軍;李眾
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/20;H02P6/34
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種三電平永磁同步電動機三矢量模型預測轉矩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據永磁同步電動機的狀態空間模型，構建電流和磁通的狀態方程，根據電流和磁通的狀態方程得到轉矩和磁通的預測模型，根據三電平逆變器直流側電容電壓模型得到第一電容電壓預測模型；根據第一電容電壓預測模型構建第一價值函數；

(2)采樣得到k時刻的電流；

(3)將采樣取得的數據代入到轉矩和磁通的預測模型中，得到下一時刻k+1時刻的轉矩和磁鏈；

(4)將三電平逆變器空間矢量圖中的大矢量作為第一最優電壓矢量的備選矢量代入到第一價值函數中，選出第一最優電壓矢量；

(5)將第一最優電壓矢量對應的扇區中的三個非零矢量作為第二最優電壓矢量的備選矢量，零矢量作為第三電壓矢量；

(6)依次選取三個備選矢量作為第二最優電壓矢量，計算第一最優電壓矢量、第二最優電壓矢量和第三電壓矢量的作用時間，并求出占空比，根據占空比調制出新電壓矢量；

(7)根據第一最優電壓矢量、第二最優電壓矢量和第三電壓矢量的作用時間建立第二電容電壓預測模型，并根據第二電容電壓預測模型構建第二價值函數；

(8)將步驟6中，調制出的三個新電壓矢量代入到第二價值函數中選出最優的第二最優電壓矢量；

(9)將步驟(4)所選的第一最優電壓矢量、步驟(8)所選的第二最優電壓矢量和步驟(5)所選的第三電壓矢量對應的開關序列及對應的作用時間輸入脈沖調制器控制三電平逆變器動作。

2.根據權利要求1所述的三矢量模型預測轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟1中電流和磁通的狀態方程為：

其中，i_α、i_β分別表示定子電流矢量在α、β軸的分量；L_s表示定子電感；u_α、u_β分別表示定子電壓矢量在α、β軸下的分量；R_s表示定子電阻；ω_r表示電動機的轉子電角速度；ψ_α、ψ_β分別表示電機磁鏈矢量在α、β軸下的分量。

3.根據權利要求2所述的三矢量模型預測轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟1中，轉矩和磁通的預測模型為：

ψ_s(k+1)＝ψ_s(k)+T_s[u_s(k)-R_si_s(k)]

其中，T_s為采樣周期；i_s(k+1)、ψ_s(k+1)、T_e(k+1)分別為k+1時刻定子電流矢量、定子磁鏈和轉矩矢量；i_s(k)、ψ_s(k)、u_s(k)、ω_r(k)分別為k時刻定子電流矢量、定子磁鏈、定子電壓矢量和轉子的電角速度；j為虛數單位，p為極對數，為叉乘符號。

4.根據權利要求3所述的三矢量模型預測轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟1中，電容電壓預測模型為：

其中，v_c1(k)、v_c2(k)為k時刻采樣的電容電壓；v_c1(k+1)、v_c2(k+1)為k+1時刻預測的電容電壓；i_c1(k)和i_c2(k)是根據k時刻逆變器的開關狀態和輸出電流的定義值，C₁、C₂為直流側兩電容。

5.根據權利要求4所述的三矢量模型預測轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟4中，第一價值函數為：

其中，為轉矩給定值，為定子磁通給定值，λ₁、λ₂、λ₃為權重系數，F_sw為一個控制周期內開關管發生開通和關斷的動作變換次數。