[发明专利]一种永磁电机系统简化模型预测电压控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁电机系统简化模型预测电压控制方法，用于解决永磁同步电机驱动系统逆变器因开关管故障以及在考虑电容电压补偿时需要引入权重系数的问题，确保永磁同步电机在开关管故障情况下的稳定运行；利用转速PI调节器获得电磁转矩参考值；采用自适应陷波器提取直流分量，并将直流分量注入到相电流中来抑制电容电压偏移；根据参考电压矢量的计算公式得到参考电压矢量，并且根据开关信号得到备选的电压矢量；构造价值函数，选出使得价值函数值最小的电压矢量，本发明实现了永磁同步电机系统逆变器故障下的容错控制，并对直流侧电容分压不均衡进行补偿，消去了权重系数，实现了永磁同步电机的带故障运行。

技术领域

本发明涉及电机驱动与控制领域，具体为一种永磁电机系统简化模型预测电压控制方法。

背景技术

由于两电平电压型逆变器驱动的永磁同步电动机具有转矩密度大、效率高等优点，在工业应用中得到了广泛的应用。但是电压源逆变器驱动的永磁同步电机系统中逆变器是容易出现故障的环节，逆变器故障会增加转矩脉动和转速波动，严重影响永磁同步电机驱动系统的运行性能。因此，维持电机系统的稳定运行，提高控制系统的可靠性，对逆变器故障容错运行研究有着非常重要的意义。另外，在某些应用中，低成本的逆变器配置是非常重要的。因此，三相四开关逆变器只需要四个开关，成本低，结构简单，成为传统三相六开关逆变器的替代品。

近年来，有限控制集模型预测控制以其结构简单、对非线性多变量系统控制能力强等优点在电力电子和电机驱动领域得到了广泛的应用。然而，采用模型预测控制三相四开关逆变器时，在考虑直流侧电容电压补偿时价值函数中需要引入权重系数，对权重系数的选取是一个不断调节的过程，运算量大，降低控制效率。

因此，针对三相四开关逆变器永磁同步电机开关管故障以及电容电压不平衡问题，本发明提出了一种三相四开关永磁同步电机驱动系统简化模型预测电压控制方法，避免了权重系数的选取，使得永磁同步电机驱动系统在逆变器发生故障时，可以维持稳定运行。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决永磁同步电机驱动系统逆变器因开关管故障以及在考虑电容电压补偿时需要引入权重系数的问题，而提出一种永磁电机系统简化模型预测电压控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种永磁电机系统简化模型预测电压控制方法，该方法包括：

利用转速PI调节器获得电磁转矩参考值；

采用自适应陷波器提取直流分量，并将直流分量注入到相电流中来抑制电容电压的偏移；

通过参考电压矢量的计算公式得到参考电压矢量，并且根据开关信号得到备选的电压矢量；

构造价值函数，选出使得价值函数值最小的电压矢量，进而获取作用于三相四开关逆变器的控制信号，对永磁同步电机系统进行控制。

优选的，采用自适应陷波器提取的直流分量为：

式中：u_c1、u_c2分别为直流侧上下电容的电压，G(s)是自适应陷波器的传递函数，K是比例控制器的参数，ω_e是电角速度；

将直流分量注入到a相电流中，得到的a相电流表示为：i'_a＝i_a+i_a0。

优选的，所述参考电压矢量为：