[發(fā)明專利]一種三電平永磁同步電動機(jī)三矢量模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011352040.4
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112583315B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂建軍;李眾
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種三電平永磁同步電動機(jī)三矢量模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法，采用矢量分區(qū)的方法選擇電壓矢量，通過將三電平逆變器備選矢量中的大矢量代入到價(jià)值函數(shù)中尋優(yōu)，從而確定第一最優(yōu)電壓矢量，通過第一最優(yōu)電壓矢量的位置確定扇區(qū)，第二最優(yōu)電壓矢量從第一最優(yōu)電壓矢量所在扇區(qū)中的三個非零矢量代入價(jià)值函數(shù)中尋優(yōu)得到，結(jié)合第一最優(yōu)電壓矢量、第二最優(yōu)電壓矢量和零矢量的作用時間控制三電平逆變器動作，這樣第一最優(yōu)電壓矢量從原來的尋優(yōu)27次降低到了6次，這樣的尋優(yōu)過程既考慮到了兩個最優(yōu)電壓矢量的選擇，又結(jié)合了其作用時間，保證所選的兩個最優(yōu)電壓矢量能夠保證中點(diǎn)電位平衡和較低的開關(guān)頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，具體是涉及一種三電平永磁同步電動機(jī)三矢量模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法。

背景技術(shù)

由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功率密度高、效率高、運(yùn)行性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，近年來獲得了廣泛的應(yīng)用，例如：交通領(lǐng)域、極愛單領(lǐng)域、車船的驅(qū)動領(lǐng)域，以及作為泵類、壓縮機(jī)、高精度伺服系統(tǒng)等方面的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。因此對永磁同步電機(jī)控制的研究也越來越多。

現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)控制多用模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制,模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制是有限集預(yù)測算法中的一種經(jīng)典控制方法，它非常適用于永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，具有控制策略簡單，動態(tài)性能好的優(yōu)點(diǎn)，更適用于多標(biāo)量、多約束條件、非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制通過得到系統(tǒng)的預(yù)測模型，遍歷可知數(shù)目的狀態(tài)矢量，再根據(jù)預(yù)期控制目標(biāo)設(shè)定合適的價(jià)值函數(shù)，通過價(jià)值函數(shù)來比較，即可得到功率器件未來需要執(zhí)行的開關(guān)序列。

三電平逆變器相較于兩電平逆變器來說有更小的開關(guān)頻率和更廣的矢量選擇范圍，然而在實(shí)際運(yùn)用中需要考慮到中點(diǎn)電位平衡的問題。現(xiàn)有的模型預(yù)測控制策略中將中點(diǎn)電位平衡項(xiàng)引入到價(jià)值函數(shù)中，在尋優(yōu)過程中考慮中點(diǎn)電位平衡問題，但也增加了控制策略的實(shí)行難度。

現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)：

(1)已有的模型預(yù)測控制策略里在每個控制周期里有且只能得到一個大小固定，方向固定的電壓矢量，但實(shí)際需要跟蹤的參考電壓矢量是不定的，因此輸出的電壓矢量不能有效的使得反饋轉(zhuǎn)矩追蹤參考轉(zhuǎn)矩，直接導(dǎo)致永磁同步電機(jī)磁通脈動大，輸出轉(zhuǎn)矩脈動不平穩(wěn)，電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能不佳。

(2)三電平或更多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件開關(guān)狀態(tài)數(shù)目過多，計(jì)算成本過大，且存在復(fù)雜的冗余矢量，不易確定開關(guān)序列組合；

(3)價(jià)值函數(shù)中含有中點(diǎn)電位控制項(xiàng)，權(quán)重因子的整定變得更加的復(fù)雜，導(dǎo)致控制的精度不高，計(jì)算復(fù)雜；

(4)多矢量預(yù)測控制造成較高的開關(guān)頻率，增加了開關(guān)損耗。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種快速篩選矢量、降低開關(guān)損耗的三電平永磁同步電動機(jī)三矢量模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法。

技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明采用一種三電平永磁同步電動機(jī)三矢量模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)永磁同步電動的狀態(tài)空間模型，構(gòu)建電流和磁通的狀態(tài)方程，根據(jù)電流和磁通的狀態(tài)方程得到轉(zhuǎn)矩和磁通的預(yù)測模型，根據(jù)三電平逆變器直流側(cè)電容電壓模型得到第一電容電壓預(yù)測模型；根據(jù)第一電容電壓預(yù)測模型構(gòu)建第一價(jià)值函數(shù)；

(2)采樣得到k時刻的電流；

(3)將采樣取得的數(shù)據(jù)代入到轉(zhuǎn)矩和磁通的預(yù)測模型中，得到下一時刻k+1時刻的轉(zhuǎn)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(yōu)電壓矢量的備選矢量代入到第一價(jià)值函數(shù)中，選出第一最優(yōu)電壓矢量；

(5)將第一最優(yōu)電壓矢量對應(yīng)的扇區(qū)中的三個非零矢量作為第二最優(yōu)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(yōu)電壓矢量，計(jì)算第一最優(yōu)電壓矢量、第二最優(yōu)電壓矢量和第三電壓矢量的作用時間，并求出占空比，根據(jù)占空比調(diào)制出新電壓矢量；