[发明专利]NPC三电平逆变器供电的BLDC模型预测转矩控制方法

说明书

本发明提出的一种NPC三电平逆变器供电的BLDC模型预测转矩控制方法，首先通过电流传感器获取k时刻三相定子电流；然后，通过编码器获取k时刻的转子位置角，并计算不同转子位置处的三相反电动势；再获取k+1时刻的dq轴电流预测值，并计算k+1时刻dq轴的转矩和磁链预测值；然后，计算输出最小的NPC三电平逆变器的基本电压矢量；最后，通过中点电位平衡控制算法，选出更有利于中点电位平衡的基本电压矢量作为最优输出，并将最优输出转化为NPC三电平逆变器的开关信号来驱动逆变器。本发明将模型预测转矩控制方法应用于BLDC的控制技术中，能够有效提升BLDC的动稳态性能，实现对转矩进行直接控制能够获得脉动更小的转矩输出，同时本发明也兼顾了中点电位的平衡控制。

技术领域

本发明属于电机驱动及控制领域，具体涉及一种NPC三电平逆变器供电的BLDC模型预测转矩控制方法。

背景技术

无刷直流电机(Brushless direct current motor,BLDC)是一种由电动机主体和驱动器组成的机电一体化产品，具有响应迅速、启动转矩大、效率高、无换向火花等优点，广泛应用于电动汽车、工业工控、航空航天等领域。传统的BLDC的控制策略主要包括方波控制、正弦波控制和矢量控制(Vector control,VC)。方波控制的算法简单、硬件成本低，但是转矩波动大、效率低下；正弦波控制的转矩波动和电流谐波较低，但是不能将电机的效率发挥到最大；而VC虽然具有转矩波动小、效率高的优点，但是算法复杂、对电机参数的依赖性大。因此，为进一步提高BLDC控制系统的性能，一种模型预测控制(Model predictivecontrol,MPC)受到了研究者们的广泛关注。

MPC在电机控制领域主要分为模型预测电流控制(Model predictive currentcontrol,MPCC)和模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)，MPCC的价值函数以电流作为直接的被控对象，具有算法简单、对电流的控制效果好的优点，但是依然存在较大的转矩脉动。MPTC通过实时求解包含转矩和磁链的价值函数，并结合在线寻优的控制思想来获取最优的转矩和磁链控制矢量，因此，能够有效提高系统的动态响应并减小转矩脉动。然而，目前MPTC主要应用于永磁同步电机、异步电机等交流电机中，如何将MPTC应用到BLDC中来获取更好的控制性能值得深入研究。

发明内容

技术问题：针对上述技术背景，提出一种NPC三电平逆变器供电的BLDC模型预测转矩控制方法，首先通过电流传感器获取k时刻三相定子电流；然后，通过编码器获取k时刻的转子位置角，并计算不同转子位置处的三相反电动势；再获取k+1时刻的dq轴电流预测值，并计算k+1时刻dq轴的转矩和磁链预测值；然后，计算输出最小的NPC三电平逆变器的基本电压矢量；最后，通过中点电位平衡控制算法，选出更有利于中点电位平衡的基本电压矢量作为最优输出，并将最优输出转化为NPC三电平逆变器的开关信号来驱动逆变器。能够通过MPTC算法来进一步的减小BLDC的转矩脉动并提高系统的动态响应性能，同时兼顾了NPC三电平逆变器的中点电位平衡。本发明将模型预测转矩控制方法应用于BLDC的控制技术中，能够有效提升BLDC的动稳态性能，实现对转矩进行直接控制能够获得脉动更小的转矩输出，同时本发明也兼顾了中点电位的平衡控制。

技术方案：NPC三电平逆变器供电的BLDC模型预测转矩控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据转速环PI控制器得到电磁转矩的参考值T_e^ref；

步骤二、从编码器中获取BLDC的电角度θ以及电角速度ω_e，再通过电流传感器测量k时刻的三相定子电流i_x(k)并计算不同转子位置的三相反电动势e_x(k)(x＝a,b,c)，再经过Clark-Park变换得到k时刻定子电流的dq轴分量i_d(k)、i_q(k)和反电动势的dq轴分量e_d(k)、e_q(k)；