[發明專利]一種表貼式永磁同步電機模型預測轉矩控制方法

有效

• 申請號: 202110475809.X
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113098351B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 黃曉艷;劉子軒;李趙凱;俞東;史婷娜
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/18;H02P21/06;H02P6/10;H02P6/34;H02P25/026;H02P27/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種表貼式永磁同步電機模型預測轉矩控制方法。在表貼式永磁同步電機實時控制過程中，進行預測計算得到實際電磁轉矩跟上前級控制器設定的轉矩參考值所需的動態響應時間；根據動態響應時間判斷前級控制器設定的轉矩參考值與電機的實際電磁轉矩是否存在差值，進而根據差值結果進行控制，在存在差值情況下通過產生電機轉矩動態過程最優空間電壓矢量進行控制，將最優空間電壓矢量作用于電機，使得電機電磁轉矩在最短的時間內跟上轉矩參考值。本發明優化設計了表貼式永磁同步電機的整個轉矩動態響應過程，使電機的轉矩響應性能最優化，且具有較小的計算總量和較高的可應用性。

技術領域

本發明涉及了表貼式永磁同步電機高性能控制領域的一種電機預測轉矩控制方法，特別是提出了一種表貼式永磁同步電機模型預測轉矩控制方法。

背景技術

電機的轉矩控制動態性能是衡量伺服系統總體性能的重要因素之一。高性能的轉矩控制通常以磁場定向控制或直接轉矩控制原理結合現代控制方法來實現。模型預測轉矩控制具有性能優秀、原理簡單的優勢，被廣泛地應用在永磁同步電機控制中。目前研究模型預測轉矩控制的文獻大多數著眼于降低轉矩脈動、減少預測計算量上，而對提高控制動態性能方面的研究相對較少。

同時，由于電機的動態過程可能持續多個控制周期，傳統單步法模型預測轉矩控制只能優化改善一個控制周期內的動態響應性能，對整體響應性能的提升較為有限，而多步法模型預測轉矩控制的預測域又受到系統計算性能的影響，皆缺乏對整個動態響應過程進行整體優化，達到最優的能力。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種基于表貼式永磁同步電機d-q坐標系，α-β坐標系，以及一種新型的預測旋轉坐標系：ed-eq坐標系的離散方程，通過優化電機整個動態過程以達到最佳動態性能的控制方法

如圖1所示，本發明的技術方案如下：

首先，在表貼式永磁同步電機實時控制過程中，進行預測計算得到表貼式永磁同步電機的實際電磁轉矩跟上前級控制器設定的轉矩參考值所需的動態響應時間；

然后，根據動態響應時間判斷前級控制器設定的轉矩參考值與表貼式永磁同步電機的實際電磁轉矩是否存在差值，進而根據差值結果進行控制，在存在差值情況下通過產生電機轉矩動態過程最優空間電壓矢量進行控制，通過空間矢量調制技術將最優空間電壓矢量作用于電機，使得電機電磁轉矩在最短的時間內跟上轉矩參考值。

本發明的前級控制器是指表貼式永磁同步電機的控制系統的轉矩控制器的外環閉環控制器。

本發明中，所述的三相坐標系是指表貼式永磁同步電機的A、B、C三相對稱定子繞組的軸線分別作為a軸、b軸、c軸所形成的靜止坐標系，α-β坐標系是指表貼式永磁同步電機的三相坐標系通過恒相幅值變換至兩相得到靜止坐標系，d-q坐標系是指表貼式永磁同步電機的α-β坐標系通過旋轉變換至轉子磁鏈定向為d軸的同步旋轉坐標系。

所述的方法具體過程如下：

(1)通過三相電流采樣得到三相坐標系下的電機定子電流i_α0、i_b0、i_c0，i_a0、i_b0、i_c0分別表示a、b、c三相各自的定子電流；通過電機上安裝的傳感器得到轉子位置θ₀、轉子速度ω；將三相坐標系下的電機定子電流i_a0、i_b0、i_c0通過三相到兩相坐標變換得到α-β坐標系下的電流分量i_α0、i_β0，i_α0、i_β0分別表示α-β坐標系下α軸和β軸各自的定子電流；再將α-β坐標系下α軸和β軸各自的定子電流通過旋轉坐標變換，得到d-q坐標系下的電流分量i_d0、i_q0，i_d0、i_q0分別表示d-q坐標系下d軸和q軸各自的定子電流；