[发明专利]一种基于虚拟矢量的开绕组永磁电机电流预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟矢量的开绕组永磁电机电流预测控制方法，包括：舍去含有共模电压的开关组合和部分零矢量开关组合，获取不含共模电压的电压矢量；利用筛选的不含共模电压的电压矢量，合成幅值随负载变化、方向与有效矢量相同的6个虚拟矢量；通过7个固有矢量和6个虚拟矢量组成开关函数；开关函数需经过虚拟矢量调制环节得到开关组合；获取仅由电流误差项组成的开关函数的评价函数，根据13种评价函数值选取最优开关函数；将最优开关函数经过外部虚拟矢量调制后生成开关信号作用到系统，即可实现对电流控制的同时、稳定开关频率。本发明克服了传统开绕组永磁电机预测控制中开关频率不固定、共模电压抑制效果有待提高等不足。

技术领域

本发明涉及电机系统及控制领域，尤其涉及一种基于虚拟矢量的开绕组永磁电机电流预测控制方法。

背景技术

开绕组电机是将传统三相电机的中性点打开，构成具有双端口的绕组开放式结构，电机的磁路及结构没有改变，开绕组结构电机不改变传统电机的基本性能，并且由于中性点打开之后各相电机绕组之间的约束关系不再存在，各相绕组独立，可以在一定程度上提高电机本体的可靠性和电机驱动系统的容错能力。电机的两个端口分别接入变流器，通过两端口的变流器协调控制，可以将功率分配到两个变流器上，较好的地满足了大功率电机系统对变流器的需求，因此开绕组电机控制技术的研究成为当前交流电机研究的重要拓展方向。目前，开绕组永磁同步电机驱动系统因为兼具传统永磁同步电机高功率密度、高效率、高性能的特点、以及开绕组电机的优点，已经成为电机系统发展的新方向。

根据端口两端所接变流器供电方式的不同，开绕组永磁电机驱动系统可分为单电源供电的共直流母线型和双电源供电的隔离型两种拓扑结构。与隔离型结构相比，共直流母线型结构因其较低的成本和较小的体积得到广泛应用。在该类结构中，由于变流器、电机和直流母线形成回路，当变流器输出电压含有共模分量时会在回路中形成零序电流，这会对电机轴和开关器件造成危害，因此在开绕组电机的控制中，对共模电压的抑制是一个重要内容。

目前开绕组永磁电机多采用矢量控制，该方法对共模电压的抑制基于零矢量重分配原理，共模电压抑制效果与零矢量作用时间有关，要获得较理想的抑制效果，需要适当增大直流侧母线电压，并且矢量控制中采用的空间矢量调制策略结构较为复杂。

预测控制是近年兴起的一种控制算法。该方法是基于被控模型对系统未来行为进行预测，结合系统历史信息，通过滚动优化策略得出控制量的控制方法。相较于传统矢量控制，该方法结构较为简单，此外，预测控制中的评价函数可以根据系统约束灵活组成，这使预测控制具备了处理多约束问题的能力。因此预测控制在开绕组永磁电机驱动系统中的应用对简化控制系统结构具有重要作用。

传统的预测控制是通过在评价函数中添加共模电压抑制项来抑制开绕组永磁电机驱动系统中的共模电压，但该方法只是软约束，并不能彻底消除共模电压，并且该方法中开关频率不固定，这也为系统的设计带来一定困难。因此研究优化预测控制在开绕组电机中的应用对提高开绕组永磁电机控制性能具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种基于虚拟矢量的开绕组永磁电机电流预测控制方法，本发明克服了传统开绕组永磁电机预测控制中开关频率不固定、共模电压抑制效果有待提高等不足，详见下文描述：

一种基于虚拟矢量的开绕组永磁电机电流预测控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

为了消除共模电压，舍去含有共模电压的开关组合和部分零矢量开关组合，获取不含共模电压的电压矢量；

利用筛选的不含共模电压的电压矢量，合成幅值随负载变化、方向与有效矢量相同的6个虚拟矢量；

通过7个固有矢量和6个虚拟矢量组成开关函数；所述开关函数需经过虚拟矢量调制环节得到开关组合；

获取仅由电流误差项组成的开关函数的评价函数，根据13种评价函数值选取最优开关函数；