[发明专利]基于简化三电平的PMSM最优二矢量预测电流控制方法及装置

说明书

本发明公开了基于简化三电平的PMSM最优二矢量预测电流控制方法及装置，该方法包括：通过永磁同步电机的数学模型得出参考电压矢量将三电平电压矢量简化为两电平电压矢量；通过两电平电压矢量的二矢量组合及占空比得到合成矢量集合；将合成矢量集合转化为对应的虚线l_i,并计算两电平参考电压矢量的终点到对应直线l_i的距离δ_i，将距离δ_i最小时对应的待选二矢量组合作为最优二矢量组合；所述l_i为二矢量组合终点连接而成的直线；得到最优二矢量组合后，求解占空比。本发明的预测控制方法结构简单、实时计算量小、易于实现电机响应速度快,电流纹波和畸变小,开关频率低,系统动态和稳态性能优异。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，具体是基于简化三电平的PMSM最优二矢量预测电流控制方法及装置。

背景技术

永磁同步电机(Permanet-Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有体积小、效率高、过载能力强等优势，在中小功率、高精度、宽调速范围伺服控制系统以及高性能专业驱动领域获得了较为广泛的关注和研究。

目前，PMSM有多种控制技术，如矢量控制、直接转矩控制、滑模控制和模糊控制等。但上述的控制方法都存在一定的不足，如矢量控制具有较好的稳态运行能力，但其动态性能容易受到电流内环的影响，转矩控制具有较好的鲁棒性和动态响应速度，但通常具有较大的转矩脉动。模型预测控制(Moedl Predictive Control，MPC)诞生于上世纪六十年代，随着微控制器的高速发展近年来在电力电子中的应用成为研究热点。MPC技术应用于永磁同步电机控制系统，能够提供高速动态响应和优异的稳态性能，MPC应用于PMSM控制系统的研究具有重要的应用价值。

传统的MPC通常采用单一矢量作用于整个控制周期，但系统的稳态性能较差，电流仍存在较大的波动，同时转速外环采用PI控制器，存在参数变化敏感，抗干扰能力差同时积分环节容易出现振荡等问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于一种基于简化三电平的PMSM最优二矢量预测电流控制方法及装置，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供了一种基于简化三电平的PMSM最优二矢量预测电流控制方法，所述方法包括：

通过永磁同步电机的数学模型得出参考电压矢量

将三电平电压矢量简化为两电平电压矢量；

通过两电平电压矢量的二矢量组合及占空比得到合成矢量集合；

将合成矢量集合转化为对应的虚线l_i，并计算两电平参考电压矢量的终点到对应直线l_i的距离δ_i，将距离δ_i最小时对应的待选二矢量组合作为最优二矢量组合；所述l_i为二矢量组合终点连接而成的直线；

得到最优二矢量组合后，求解占空比。优先的，所述通过永磁同步电机的数学模型得出参考电压矢量具体包括：

通过永磁同步电机的数学模型得到永磁同步电机定子电流的状态方程；

将定子电流的状态方程结合三电平逆变器结合三电平逆变器开关状态计算电流矢量和电压矢量；

将电流矢量和电压矢量通过Clark和Park坐标变换转化到dq旋转坐标系下，利用永磁同步电机的数学模型预测下一时刻的电流矢量i_d(k+1)、i_q(k+1)；

将下一时刻的电流矢量i_d(k+1)、i_q(k+1)等效转化为参考电压矢量

将参考电压矢量经反Park变换后得到αβ坐标系下的参考电压矢量