[发明专利]表贴式永磁同步电机电流预测控制方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及通过矢量控制来控制直流电动机的方法，具体地说是表贴式永磁同步电机电流预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机(英文缩写为PMSM)是一种常用的三相同步交流电机，具有高效率、高功率密度等特点，其中表贴式永磁同步电机(以下均用英文缩写为SPMSM)，具有交直轴(d-q轴)电感量相等的特点，更易控制。随电机运行性能日益提高，由SPMSM构成的电机系统应用越来越广泛，如家电、数控机床、火炮、雷达等领域。

电机电磁转矩响应的快速性和稳定性是保证SPMSM控制系统动态性能的关键，而与电磁转矩直接相关的电流环性能则成为反映系统性能的重要指标。对于数字控制器，由于电流响应时间短，变化快，需要控制器在几十到几百微秒的控制周期内实时地对电流进行调节，目前常用的控制方法有：针对三相电流的电流滞环控制、电流PID控制及其衍生算法；针对定子磁链定向d-q旋转坐标系中id、iq分量进行控制的PID控制、无差拍控制等。另外，由于控制输出和检测输入之间常常存在至少一个控制周期的延时，导致电机电流控制的滞后，于是在上述算法的基础上，加入其他算法实现预测控制，如《基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究》引入龙伯格观测器，在无差拍控制的基础上实现电流预测控制。另外，d-q旋转坐标系下，虽然易于知道与转矩成正比的i_q电流值，但电流的变化过程不能直观反映，且i_d、i_q之间存在耦合关系，文献《误差补偿的永磁同步电机电流环解耦控制》《永磁同步电机的数字化电流控制环分析》强调解耦必然会增加电流控制的复杂程度。总之，现有技术对永磁同步电机电流控制速度和精度仍然较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供表贴式永磁同步电机电流预测控制方法，是一种电流矢量为控制目标的SPMSM电流控制方法，该方法结合电流动态变化本质及电流矢量特性，提高了电流控制速度和精度，实现电流矢量的准确跟随，克服了现有技术对永磁同步电机电流控制速度和精度仍然较低的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：表贴式永磁同步电机电流预测控制方法，步骤如下：

该方法中所用到的设备包括DSP、SPMSM、电流传感器和逆变装置；在SPMSM运行时，执行下面的电流预测控制步骤，即电流矢量预测控制步骤：

第一步，按同步采样和控制周期T采样，对电机信号进行采样：

在当前时刻，即kT时刻，用电流传感器按同步采样和控制周期T采样对电机信号进行采样的方式，来采样SPMSM的定子三相电流中的i_a和i_b信号，另一相电流i_c由i_c＝-i_a-i_b计算得到，经Clark变换得到两相静止α-β坐标系下的电流信号i_α和i_β，并组合为kT时刻的电流矢量i_s(k)＝[i_α,i_β]，提供给电流矢量预测控制器，SPMSM的转子机械位置信号θ_m及经过微分器得到的机械角速度信号ω_m也同时给到电流矢量预测控制器；

第二步，计算求出下一时刻，即(k+1)T时刻的控制电压矢量u_s(k+1)：

结合由前一级位置控制输出的、速度控制输出的、或人为设定的电流矢量以及第一步检测得到的i_s(k)、θ_m和ω_m，代入电流矢量预测控制计算式(1)计算求出(k+1)T时刻的控制电压矢量u_s(k+1)，