[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

说明书

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，首先将对转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制，构造基于定子磁链矢量误差的价值函数，从而省略了权重系数的设计过程；其次通过推导定子磁链矢量误差与参考电压矢量的关系，根据定子磁链矢量误差实部和虚部的极性将电压空间矢量复平面划分为四个象限，可以确定参考电压矢量所在象限；然后根据所选象限选择两组电压矢量组合，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；进而针对每组电压矢量组合，根据转矩误差和磁链误差分别计算出三个电压矢量的占空比，将一个控制周期分为三个部分；最后，通过最小化价值函数获得最优电压矢量组合。

技术领域

本发明涉及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，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、噪声低、功率密度高等优点，已在航空航天、铁路运输、数控机床、电动汽车以及机器人控制等领域得到了广泛的应用。永磁同步电机控制方法亦成为了国内外学者的研究热点，在交流调速领域内，除了矢量控制和直接转矩控制外，模型预测转矩控制受到了越来越多学者的青睐。

传统模型预测转矩控制在一个采样周期内需要遍历7个基本电压矢量，每个控制周期施加一个电压矢量，转矩和磁链脉动较大，进而导致电机的电流性能和其他相关性能变差，而且传统模型预测控制目标函数包含转矩和磁链不同量纲的控制变量，考虑到两个变量数量级的不同，需要引入一个权重系数权衡两者在成本函数中的比重，以达到预期控制要求。为了改善传统模型预测转矩控制的稳态性能和解决传统价值函数中权重系数不易调节的问题，研究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有着广阔的发展前景。

发明内容

技术问题：本发明针对现有技术无法解决转矩脉动和磁链脉动较大的问题，提供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，以提高永磁同步电机的稳态性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

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：

(1)计算电磁转矩参考值T_e^*：将给定转速n^*与实际反馈转速n的差值e_n输入PI控制器，根据公式(1.1)获得参考转矩T_e^*；

其中：K_P和K_I分别为PI控制器的比例增益和积分增益；

(2)计算定子磁链矢量参考幅值ψ_s^*：将获得的参考转矩T_e^*输入定子磁链矢量参考幅值计算模块，根据公式(2.1)计算定子磁链矢量参考幅值ψ_s^*；

其中：ψ_f为永磁体磁链幅值，L_s为永磁同步电机同步电感，P为永磁同步电机极对数，T_s为预测控制的采样时间；