[发明专利]一种基于电压矢量筛选与优化的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法

权利要求书

1.一种基于电压矢量筛选与优化的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：将转速误差en通过转速PI控制器模块计算得到电磁转矩参考值Te*；

步骤二：基于最大转矩电流比原理，通过定子磁链矢量参考幅值计算模块得到定子磁链矢量参考幅值ψs*；

步骤三：将逆变器输出的三相定子电流通过PARK坐标变换器实时计算d/q轴电流id/iq，将获得的d/q轴电流输入定子磁链矢量计算模块获得定子磁链矢量的d轴和q轴分量ψsd/ψsq，通过坐标变换将定子磁链矢量的d轴和q轴分量ψsd/ψsq变换到α轴和β轴，得到定子磁链矢量在α轴和β轴的分量ψsα和ψsβ；

步骤四：将电磁转矩参考值Te*与定子磁链矢量参考幅值ψs*输入负载角参考值计算模块得到负载角参考值δsf*(k+1)，进而结合转子位置角δr获得(k+1)时刻的定子磁链矢量角度参考值δs*(k+1)；

步骤五：将定子磁链矢量参考幅值ψs*和定子磁链矢量角度参考值δs*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块，计算(k+1)时刻定子磁链矢量参考值在α轴和β轴的分量ψsα*(k+1)/ψsβ*(k+1)；

步骤六：利用定子磁链矢量参考值ψsα*(k+1)/ψsβ*(k+1)、定子磁链矢量ψsα/ψsβ，求得k时刻定子磁链矢量误差的实部和虚部Δψsα/Δψsβ，将电压空间矢量复平面分为4个象限，根据定子磁链矢量误差实部和虚部的极性选择象限，并根据所选象限选择两组电压矢量组合作为候选电压矢量，每组电压矢量组合包含两个非零电压矢量和一个零电压矢量；

步骤七：在每组电压矢量组合即两个非零电压矢量和一个零电压矢量作用下，预测的电磁转矩、定子磁链矢量幅值与电磁转矩参考值、定子磁链矢量参考幅值的误差分别为ΔTe1、ΔTe2、ΔTe0，Δψs1、Δψs2、Δψs0，利用转矩误差和磁链误差，根据转矩和磁链同时无差拍原理，计算出每组电压矢量在一个控制周期内的占空比dopt1、dopt2、dopt0；

步骤八：将所述步骤七中确定的两组电压矢量组合及其占空比输入定子磁链矢量预测模块，预测在每组电压矢量作用下的定子磁链矢量，将每组电压矢量作用下的定子磁链矢量ψs(k+1)与定子磁链矢量参考值ψs*(k+1)带入价值函数g，根据公式(8.2)计算价值函数g；

g＝|ψs*(k+1)-ψs(k+1)| (8.2)；

通过比较两个g值的大小，选取令价值函数最小时所对应的电压矢量组合及其占空比uopt1/dopt1、uopt2/dopt2、uopt0/dopt0作为最优值，并将对应的开关状态送给逆变器驱动永磁同步电机运行；

步骤六中所述利用定子磁链矢量误差实部和虚部的极性确定参考电压矢量所在象限，具体方法是：根据直接转矩控制原理，电压矢量方向决定了定子磁链矢量增量的方向，定子磁链矢量误差方向与参考电压矢量方向一致，因此利用定子磁链矢量误差实部和虚部的极性就可以确定定子磁链矢量误差所在的象限，进而可以确定参考电压矢量所在象限，根据参考电压矢量所在象限选择两组电压矢量组合作为候选电压矢量，其中：

第一象限满足：Δψsα＞0，Δψsβ＞0；

第二象限满足：Δψsα＜0，Δψsβ＞0；

第三象限满足：Δψsα＜0，Δψsβ＜0；

第四象限满足：Δψsα＞0，Δψsβ＜0；

在获得参考电压矢量所在象限后，按照下述关系选择两组电压矢量组合：

(1)第一象限：(u1，u2，u7)、(u2，u3，u7)；

(2)第二象限：(u2，u3，u7)、(u3，u4，u7)；

(3)第三象限：(u4，u5，u7)、(u5，u6，u7)；

(4)第四象限：(u5，u6，u7)、(u6，u1，u7)；

步骤七中所述确定每组电压矢量占空比，具体方法是：将转矩误差ΔTe1、ΔTe2、ΔTe0和磁链误差Δψs1、Δψs2、Δψs0输入占空比计算模块，根据公式(7.4)计算第一个非零电压矢量的占空比dopt1，根据公式(7.5)计算第二个非零电压矢量的占空比dopt2，根据公式(7.6)计算零电压矢量的占空比dopt0；

dopt0＝1-dopt1-dopt2 (7.6)

其中：

C＝m1(n2-n0)+m2(n0-n1)+m0(n1-n2) (7.7)

式中，m1代表ΔTe1，m2代表ΔTe2，m0代表ΔTe0，n1代表Δψs1，n2代表Δψs2，n0代表Δψs0。