[发明专利]一种基于有限状态预测的开绕组永磁电机电流控制方法

说明书

本发明公开了一种基于有限状态预测的开绕组永磁电机电流控制方法，所述控制方法包括以下步骤：采用双闭环控制，速度外环控制器由一自由度的状态空间控制器组成，生成电流参考值；电流内环控制器采用有限状态模型预测控制器，供电时共产生64种开关组合；所述有限状态模型预测控制器根据电机的离散数学模型，预测出每种开关组合作用下对应下一时刻的电流预测值；获取仅由电流误差项和共模电压抑制项组成的开关函数的评价函数；选择使评价函数值最小的开关组合作为最优开关组合作用系统，实现对电流控制的同时兼顾共模电压的抑制。本发明克服传统开绕组永磁电机矢量控制方法结构复杂，需要额外空间电压矢量调制环节等不足。

技术领域

本发明涉及开绕组永磁电机电流控制领域，尤其涉及一种基于有限状态预测的开绕组永磁电机电流控制方法。

背景技术

开绕组电机是将传统三相交流电机的中性点打开，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任何改变，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。开绕组电机两个端口可以分别连接变流器，通过两端口的变流器协调控制，可以使各变流器承担一半的功率，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。

根据绕组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，该方法不但需要额外的电压矢量调制环节，结构较为复杂；并且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。因此，研究结构更简单、可靠性更强的控制方法对于提高开绕组永磁电机驱动系统的性能具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种基于有限状态预测的开绕组永磁电机电流控制方法，本发明克服传统开绕组永磁电机矢量控制方法结构复杂，需要额外空间电压矢量调制环节等不足，详见下文描述：

一种基于有限状态预测的开绕组永磁电机电流控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

采用双闭环控制，速度外环控制器由一自由度的状态空间控制器组成，生成电流参考值；电流内环控制器采用有限状态模型预测控制器，供电时共产生64种开关组合；

所述有限状态模型预测控制器根据电机的离散数学模型，预测出每种开关组合作用下对应下一时刻的电流预测值；

获取仅由电流误差项和共模电压抑制项组成的开关函数的评价函数；

选择使评价函数值最小的开关组合作为最优开关组合作用系统，实现对电流控制的同时兼顾共模电压的抑制。

其中，所述电流误差项由电流预测值、与电流参考值组成。

其中，所述开关函数的评价函数具体为：

g_m＝[i_d,ref(k)-i_d,pre,m(k+2)]²+[i_q,ref(k)-i_q,pre,m(k+2)]²