[發明專利]基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110643525.7
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113285634B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王勃;石浩楠;于泳;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/28;H02P21/00;H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法及系統，它屬于電機控制技術領域。本發明解決了傳統的永磁同步電機控制方法轉速響應速度慢以及轉速調節范圍小的問題。本發明利用含有多步零延遲模型預測控制方法代替原有線性電流控制方法，不僅實現了電機對于高轉速響應的要求，同時減小了電機轉矩波動，減少了逆變器開關損耗，提高了調速范圍，實現了對系統的高性能控制。相對于傳統的線性電流控制器，本發明方法可以使得轉速響應速度加快24％，轉速跌落減小46％。本發明可以應用于電機控制技術領域用。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法及系統。

背景技術

近年來，永磁同步電機在工業傳動中的應用越來越受到人們的關注。相對于感應電動機，永磁同步電機在轉子處安裝有永磁體結構，使永磁同步電動機不需要磁化電流，可以有效地提高功率因數，減少定子電流和定子部分電阻損耗，消除了轉子銅損，提高了永磁同步電機的運行效率并且節約能源。此外，永磁同步電機由于其高效的勵磁結構，使其具有較高的功率密度的特點，并且結構更加簡化，增加維修的便捷性。隨著永磁同步電機的發展，其突出的性能優勢使其在諸多的領域得到廣泛應用。其相應的控制技術也應運而生，矢量控制、直接轉矩控制等控制方法都受到了學者廣泛地關注和研究。隨著芯片技術的提高，嵌入式芯片的實時計算能力得到了巨大的進步，使得一些復雜的算法得以實現，例如預測控制算法、自適應算法，這些算法使得永磁同步電機的性能優勢能得到充分地利用。

高動態性能控制場合對電機調速提出的要求有：轉速響應極為迅速，轉速調節范圍較大，帶載能力較強，轉矩波動極小。但是基于傳統控制算法的永磁同步電機在高動態響應時存在以下問題：電機驅動系統當面對較快動態需求時，會造成嚴重的轉速響應速度緩慢，并且轉速調節的范圍較小，難以迅速跟隨給定值。因此，傳統方法難以滿足高動態性能控制場合的使用需要。

發明內容

本發明的目的是為解決傳統的永磁同步電機控制方法轉速響應速度慢以及轉速調節范圍小的問題，而提出了一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法及系統。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：

一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、利用前向歐拉離散化方法，將永磁同步電機定子電流狀態方程改寫為多步零延遲模型的電流預測方程；

并根據永磁同步電機驅動系統的結構，構建多步零延遲模型的有限控制集；

步驟二、設計多步零延遲模型的評價函數；

步驟三、基于多步零延遲模型的電流預測方程、有限控制集和評價函數，設計電壓矢量反饋高速弱磁控制方案，利用設計的控制方案對轉速進行響應和調節。

一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制系統，用于執行一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法。

本發明的有益效果是：本發明提出了一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法及系統，本發明利用含有多步零延遲模型預測控制方法代替原有線性電流控制方法，不僅實現了電機對于高轉速響應的要求，同時減小了電機轉矩波動，減少了逆變器開關損耗，提高了調速范圍，實現了對系統的高性能控制。

相對于傳統的線性電流控制器，本發明方法可以使得轉速響應速度加快24％，轉速跌落減小46％。

附圖說明

圖1是本發明的一種基于多步零延遲模型預測的永磁同步電機高速弱磁控制方法的流程圖；

圖2是兩電平逆變器結構圖；

圖3為多步零延遲模型預測控制系統框圖；