[發明專利]一種基于相電壓占空比計算的電機預測控制方法

有效

• 申請號: 202111374652.8
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN114079412B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 黃銀國;鄭博軒;趙美蓉;鄭葉龍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/14;H02P21/22;H02P21/12;H02P27/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

1.一種基于相電壓占空比計算的電機預測控制方法，其特征在于，包括以下過程：

第一步：數據采集

接通交流電源，通過整流模塊實現信號的AC-DC變換，得到直流電壓信號為電機監測控制系統中各模塊供電，通過電機監測控制系統中的逆變器模塊實現信號的DC-AC變換，為電機供電；在電機直流母線上利用直流電壓傳感器采集直流電壓U_dc，在電機三相電流信號線上利用直流電流傳感器分別采集三相電流信號I_a、I_b、I_c；通過電機自帶的光電增量式編碼器得到計數信息，解碼測得電機的轉速ω_r和旋轉角θ；

第二步：占空比計算

根據采集得到的三相電流信號I_a、I_b、I_c和旋轉角θ，利用Park變換得到瞬時電流i_d(k)和i_q(k)，令i_d(l)＝i_d(k)，i_q(l)＝i_q(k)，連同將公式(1)和公式(2)一起代入公式(3)計算出對應的δ_i和δ_j，再根據公式(4)計算出零矢量占空比δ₀；

i_d^*(l+1)＝0????(2)

δ₀＝1-max(δ_i，δ_j)????????(4)

其中，i_d(l)與i_q(l)分別是電流環l周期時候的測量電流在d軸、q軸上的分量，i_d(k)與i_q(k)分別是轉矩環k周期時候的電流值在d軸、q軸上的分量，k＝nl，n＝定標所需環數；i_d^*(l+1)、i_q^*(l+1)分別是電流環l+1周期時i_d(l+1)、i_q(l+1)的參考量；U_di、U_dj分別是電壓矢量U_i、U_j在d軸上的投影分量，U_qi、U_qj分別是電壓矢量U_i、U_j在q軸上的投影分量，δ_i、δ_j分別是為對應電壓矢量U_i、U_j在調制過程中的占空比；T_si是電流環的控制周期；L_s是定子電感；p_n為電機極對數；為永磁體磁鏈；T_e^*(l+1)是電流環l+1周期時刻的參考轉矩值；

根據公式(5)對δ_i、δ_j、δ₀的合理性進行驗證，將不滿足式(5)的可能性排除掉，剩下的根據式(6)～(10)計算轉矩環k+1周期時候的轉矩T_e(k+1)與磁鏈預測值

其中，i_d(k+1)、i_q(k+1)分別是轉矩環k+1周期時候的電流值在d軸、q軸上的分量，T_sω是轉矩環的控制周期，L是定子電感，分別是轉矩環k+1周期時候的磁鏈值在d軸、q軸上的分量，T_e(k+1)是轉矩的k+1周期的預測值，是磁鏈的k+1周期的預測值；

根據目標函數ε(U)求出使得控制效果最接近參考量的最優解δ_opi、δ_opj、δ_op0；

其中，T_e^*(k+1)是轉矩環k+1周期時刻的參考轉矩值，β是平衡轉矩與磁鏈的影響因子，是轉矩環k+1周期時刻的參考磁鏈值；

第三步：PWM調制

根據最優解δ_op、δ_opj、δ_op與對應的電壓矢量組合計算k+1周期時候d-q坐標軸下的分解電壓矢量u_d(k+1)、u_q(k+1)：

其中，U_opdi是最優解δ_opi對應的電壓矢量U_i在d軸上的分量，U_opdj是最優解δ_opj對應的電壓矢量U_j在d軸上的分量，U_opqi是最優解δ_opi對應的電壓矢量U_i在q軸上的分量，U_opqj是最優解δ_opj對應的電壓矢量U_j在q軸上的分量；

結合通過電機自帶光電增量式編碼器得到的電機旋轉角θ，利用Anti-Park變換將d-q坐標軸下的分解電壓矢量u_d(k+1)、u_q(k+1)轉換為α-β固定坐標系下的電壓矢量u_α(k+1)和u_β(k+1)；

根據旋轉角θ確定電壓矢量所在扇區，并將u_α(k+1)、u_β(k+1)轉化為構成該扇區邊界的兩個標準電壓矢量的分量U_b1、U_b2，并根據式(13)計算出電壓矢量U_b1、U_b2對應的有效時間T_b1、T_b2；

其中，U_b1、U_b2分別是扇區的順、逆時針方向邊界電壓分量；

根據確定的扇區電壓矢量的有效時間T_b1、T_b2，選擇通過七段式SVPWM脈寬調制方法確定三相逆變器的開關時間節點，建立比較器來控制三相逆變器開關狀態，從而供給三相電壓驅動電機按照設定的控制效果運轉。