[发明专利]一种提高电压利用率的五相PMSM模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种提高电压利用率的五相PMSM模型预测控制方法，属于多相电机控制系统设计与制造技术领域，解决了传统技术中控制复杂度较高、在抑制三次谐波过程中直流电压利用率低，导致调速范围受限的问题，其包括S1、根据预测模型和评价函数确定输出矢量的方向，对评价函数求偏导计算的最优幅值；S2、选择同向的大矢量、中矢量和零矢量合成；S3、计算稳态定子电压值，通过滞环比较器限定的幅值范围，实现了在有效抑制五相电机中三次谐波的同时，提高直流电压利用率，简化计算复杂度的技术效果。

技术领域

本发明属于多相电机控制系统设计与制造技术领域，具体涉及一种提高电压利用率的五相PMSM模型预测控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电机摆脱了相数的限制，多相电机驱动受到了广泛关注。与传统三相电机相比，多相电机具有以下优势：1）可靠性高；2）低压大功率；3）转矩脉动小；4）控制自由度多。近年来，多相电机驱动系统在电动汽车等领域得到广泛关注。

有限集模型预测控制（Finite Control Set Model Predictive Control，FCS-MPC）具有结构简单、动态响应快、易于处理非线性约束问题等优势。FCS-MPC利用逆变器的离散性，枚举所有电压矢量，根据评价函数选择最优矢量输出，控制结构简单。

与三相系统相比，五相电机驱动系统不仅需要控制基波电流，还需抑制三次谐波电流，一定程度上增加了控制复杂度。此外，五相电压源逆变器(Voltage SourceInverter, VSI)开关状态多，进一步增加了FCS-MPC的计算量。因此，三次谐波抑制和计算复杂度简化是五相驱动系统中需要关注的两个问题。现有五相FCS-MPC方法虽然可以有效抑制三次谐波、减少控制器计算量，但同时减小了直流电压利用率，导致调速范围受限。

发明内容

针对现有技术中控制复杂度较高，抑制三次谐波方法减小了直流电压利用率，导致调速范围受限的问题，本发明提供一种提高电压利用率的五相PMSM模型预测控制方法，其目的在于：在有效抑制五相电机中三次谐波的同时，提高直流电压利用率，简化计算复杂度。

本发明采用的技术方案如下：

一种提高电压利用率的五相PMSM模型预测控制方法，包括以下步骤：

S1、根据预测模型和评价函数确定输出矢量的方向，对评价函数求偏导计算的最优幅值；

S2、选择同向的大矢量、中矢量和零矢量合成；

S3、计算稳态定子电压值，通过滞环比较器限定的幅值范围。

采用上述方案，在步骤S1中，通过对评价函数偏导计算输出矢量的最优幅值，在保证直流电压充分利用的同时减少电流跟踪误差；通过将大矢量、中矢量、零矢量按一定比例合成，可有效抑制五相电机中的三次谐波，其中滞环比较器的使用可限定的范围，避免两种合成方式的频繁切换，增强了稳定性。

优选的，所述步骤S3中，在稳态定子电压计算式中加入q轴电流反馈项。

优选的，所述步骤S1具体为：

选择大矢量作为控制集，根据预测模型和评价函数确定最优大矢量，其方向即为输出矢量的方向；对评价函数求偏导计算幅值的最优幅值：

其中，表示第个采样周期时刻；、表示基波旋转坐标系d₁-q₁下的定子电压；、表示d₁-q₁坐标系下的定子电流；、表示d₁-q₁坐标系下的定子电流参考值；表示定子相电阻；、表示直轴电感和交轴电感；表示永磁体磁链；表示转子电角速度；表示采样周期；表示直流母线电压；、、、表示计算幅值时的中间变量。

优选的，所述步骤S2具体为：