[發明專利]一種雙三相電機高精度模型預測電流控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202211191517.4
• 申請日: 2022-09-28
• 公開（公告）號: CN115833671A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 趙文祥;崔佳;吉敬華;黃林森;杜育軒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P29/028
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 胡德水

本發明公開了一種雙三相電機高精度模型預測電流控制系統及控制方法，涉及多相電機控制技術領域。本發明將傳統12虛擬電壓矢量控制集進行擴展，在不損失電壓利用率的前提下，設計了24個幅值相等，相角均勻的虛擬電壓矢量，提高控制精度。提出一種基于最小誤差的占空比計算方法，即使在單一有效虛擬電壓矢量的情況下，也能同時跟蹤d軸和q軸的電流，保證輸出最優的占空比。此外，簡化預測控制中遍歷所有電壓矢量的過程，降低算法的計算負擔。本發明通過擴展控制集和降低占空比計算誤差兩方面強有力的提升了模型預測控制的精度，降低了5、7次諧波，改善轉矩脈動。且保證即使在24個電壓矢量作用下，計算量依然較低，提升算法的執行效率。

技術領域

本發明屬于多相電機預測控制技術領域，尤其涉及一種雙三相電機高精度模型預測電流控制系統及控制方法。

背景技術

隨著交通運輸、航天航空和國防軍工等高端領域的飛速發展，電機系統作為裝備的核心部件，對其要求進一步提高。多相永磁電機具有功率密度高、效率高和良好的容錯能力等優勢，已成為先進電機系統的首選。其中，中心點隔離，兩套繞組相移30°連接的雙三相永磁同步電機，因其特殊的結構，進而消除了6次轉矩脈動，得到了廣泛的應用。模型預測控制策略因具有多變量控制、易于處理非線性約束以及直觀易實現的優點在功率變換器應用場合中具有良好的性能表現，逐步體現出良好的工程應用價值。但其存在計算量大以及轉矩脈動高等缺點。中國發明專利《一種低計算量的雙電機串聯系統模型預測轉矩控制方法》(專利號：202110774817.4)公開了一種低計算量的模型預測控制方法，該方法只需計算兩個電壓矢量的價值函數，相對減小了計算量，但是該方法需要計算參考電壓矢量所在的位置，因此增加了兩個觀測器，使得系統變得復雜。中國發明專利《一種減小PMSM轉矩脈動和磁鏈波動的模型預測控制方法》(專利號：202210499366.2)公開了一種減小永磁同步電機轉矩脈動和磁鏈脈動的方法，該方法通過在單個周期內使用多個電壓矢量拓寬調制范圍，雖取得一定效果，但計算復雜。當模型預測控制算法應用到多相電機領域時，其備選電壓矢量也呈指數倍增長，計算量也相對增大。同時，多相電機包含諧波平面，在系統運行過程中，必須對其加以控制，否則不利于電機性能，且產生較大的損耗。因此，為了提升模型預測控制在多相電機領域的應用，急需開展減少算法計算負擔的相關研究，亦或是與改善轉矩及磁鏈脈動相結合的有關技術。

發明內容

發明目的：針對雙三相永磁電機模型預測控制具有轉矩脈動大及計算負擔重等問題，對控制集進行重新設計。將傳統12虛擬電壓矢量控制集進行擴展，在不損失電壓利用率的前提下，設計了24個幅值相等，相角均勻的虛擬電壓矢量，提高控制精度。進一步的，提出一種基于最小誤差的占空比計算方法，即使在單一有效虛擬電壓矢量的情況下，也能同時跟蹤d軸和q軸的電流，保證輸出最優的占空比。此外，簡化預測控制中遍歷所有電壓矢量的過程，降低算法的計算負擔。本發明通過擴展控制集和降低占空比計算誤差兩方面強有力的提升了模型預測控制的精度，降低了5、7次諧波，改善轉矩脈動。且保證即使在24個電壓矢量作用下，計算量依然較低，提升算法的執行效率。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：一種雙三相電機高精度模型預測電流控制系統，包括系統硬件和系統軟件(在編程中實現)，系統硬件包括雙三相永磁電機、直流電源、PWM模塊、逆變器、位置傳感器、電流傳感器；系統軟件包括：合成的24虛擬電壓矢量模塊、轉速控制器、坐標轉換模塊、延時模塊、預測模塊、占空比計算模塊、簡化模塊和價值函數模塊；

所述雙三相永磁電機由兩套三相繞組空間相移30°構成；所述逆變器輸入端與直流電源連接，逆變器信號端與PWM模塊連接；逆變器為六相兩電平拓撲結構，逆變器輸出端與雙三相電機A、B、C、D、E、F相連接，負責將PWM信號轉換為驅動電機所需的六相正弦交流電；所述位置傳感器采用旋轉變壓器，與雙三相永磁電機同軸連接，所述電流傳感器與逆變器連接，負責采樣電機六相電流；

所述的坐標轉換模塊輸入端連接電流傳感器，輸出端連接延時補償模塊，用于將自然坐標系下的六相電流轉換為旋轉坐標系下的電流，實現解耦控制；