[发明专利]永磁同步电机无权值模型预测转矩控制系统及方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机无权值模型预测转矩控制系统的控制方法，其特征在于：

所述永磁同步电机无权值模型预测转矩控制系统包括转速PI控制器、转矩PI控制器、电流参考计算模块、定子磁链参考计算模块、优化模块、逆变器、永磁同步电机、转矩估计模块、负载角计算模块、定子磁链预测模块、编码器和电流传感器；

转速参考值和经编码器得到的实际转速做差，差值输入转速PI控制器；转速PI控制器输出的转矩参考值与转矩估计模块得到的转矩估计值做差，差值输入到转矩PI控制器，同时转速PI控制器得到的转矩参考值输入电流参考值计算模块；转矩PI控制器输出的负载角增量与负载角计算模块输出当前时刻负载角相加，相加的和输入到定子磁链参考计算模块；定子磁链参考计算模块和定子磁链预测模块分别输出定子磁链参考值和定子磁链预测值到优化模块；优化模块输出最优开关状态给逆变器；逆变器输出最优电压矢量给永磁同步电机；电流传感器采集到的两相电流经过PARK变换后得到交直轴电流，交直轴电流输入转矩估计模块进行转矩估计；交直轴电流和编码器得到的转子位置角输入负载角计算模块和定子磁链预测模块，分别进行负载角计算和定子磁链预测；

所述永磁同步电机无权值模型预测转矩控制系统的控制方法包括以下步骤：

步骤一：首先，通过转速控制器获得转矩参考值，根据最大转矩电流比原则与磁链方程计算定子磁链幅值参考值，同时利用转矩控制器获得负载角增量；

步骤二：然后，通过计算得到的定子磁链角和检测得到的转子位置角获得当前时刻的负载角，结合负载角增量与当前时刻负载角得到(k+1)时刻的负载角参考值，进而基于负载角参考值和定子磁链幅值参考值得到(k+1)时刻的定子磁链参考值；利用定子磁链参考值和定子磁链预测值建立价值函数；

步骤三：最后，通过优化价值函数获得最优电压矢量输送给永磁同步电机；

所述步骤一中：

计算转矩参考值T_em^*：检测电机实际转速n，将转速参考值n^*与实际转速n的差值e_n输入PI控制器，根据公式(1)获得转矩参考值T_em^*；

其中，K_P1和K_I1分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；

计算负载角增量Δδ_sf：采集两相电流和实时转子位置，然后进行PARK变换得到dq轴电流i_d/i_q，根据公式(2)得到转矩估计T_em；将转矩参考值T_em^*与转矩估计模块的输出T_em的差值e_T输入PI控制器，根据公式(3)获得负载角增量Δδ_sf；

其中，P_r为极对数，为永磁体磁链幅值，L_d和L_q分别为直轴和交轴电感，K_P2和K_I2分别为转矩PI控制器的比例增益和积分增益；

计算电流参考值：基于最大转矩电流比控制原理，根据公式(4)对求极值，计算最优匹配电流角β；根据公式(5)获得直轴电流参考值i_d^*，再根据公式计算得到交轴电流参考值i_q^*；

其中，为定子电流矢量幅值；

计算定子磁链幅值参考值：将电流参考i_d^*和i_q^*输入定子磁链参考计算模块，根据公式(6)计算(k+1)时刻的定子磁链幅值参考值；