[发明专利]一种基于预测控制的变幅值变角度电压矢量选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压矢量选择方法，具体涉及一种基于预测控制的变幅值变角度电压矢量选择方法。

背景技术

直接转矩控制技术基于定子磁链坐标系并直接将转矩作为控制对象，避免了旋转坐标变换时的大量计算以及对电机参数的依赖性，其动态性能好，转矩响应时间短。

传统开关表实现的永磁同步电机直接转矩控制系统中电压矢量的作用并不总是满足期望，当转矩角较大时，开关表选择的电压矢量对定子磁链和转矩的控制要求相反时，转矩的变化与预期不一致，从而引起转矩脉动。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于预测控制的变幅值变角度电压矢量选择方法，以提高永磁同步电机直接转矩控制系统的性能，减小转矩脉动，且开关频率恒定。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，将区间表给定的区间等分为十份，并依次选择电压矢量的角度；

步骤二，基于预测控制在可变的电压矢量幅值中选择使评价函数最小的电压矢量幅值；

步骤三，通过空间矢量调制技术合成所需电压矢量。

步骤一中，区间表中，区间1[0°,90°]内的电压矢量增加定子磁链幅值和转矩；区间2[270°,360°-δ]内的电压矢量增加定子磁链幅值，减小转矩；区间3[90°,180-δ]内的电压矢量减小定子磁链幅值，增加转矩；区间4[180°,270°]内的电压矢量减小定子磁链幅值和转矩。

区间表的确定过程如下：定子磁链在与其成任意夹角β的电压矢量作用一段时间Δt后，定子磁链的幅值与当前时刻各值的关系如下，

施加的电压矢量引起定子磁链幅值变化的相对变化率时电压矢量会增加定子磁链幅值；时电压矢量会减小定子磁链幅值；

得到电压矢量对定子磁链幅值的作用规律：当施加电压矢量与定子磁链的夹角位于(-90°,90°)之间时电压矢量增加定子磁链幅值，当施加电压矢量与定子磁链的夹角位于(90°,270°)之间时电压矢量减小定子磁链幅值；

忽略转子磁链角度的变化，定子磁链与转子磁链的夹角作为转矩角δ，转矩角δ的变化即为定子磁链角度的变化，施加电压矢量经过Δt时间后，转矩角δ的变化如下所示，

将式(1)和式(3)代入表面式永磁同步电机转矩方程得到，

其中，定义ΔM表示施加电压矢量经过Δt时间后，电压矢量对永磁同步电机励磁转矩的增减变化，

则得到电压矢量对表面式永磁同步电机转矩的作用规律为：当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(-δ,180°-δ)之间时电压矢量增加表面式永磁同步电机的转矩，当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(180°-δ,360°-δ)之间时电压矢量减小表面式永磁同步电机的转矩。

在区间表等分为十份区间中，式(7)为各区间角平分线所在位置；

步骤二中，可变幅值通过以下方法得到：

定义0＜λ＜1，并进行n等分，得到λ₁,λ₂,…,λ_n，取其中任意值λ_i，定义q为

将式(8)代入中，得到

通过式(9)和能够得到k+1时刻与k时刻的与的关系以及δ′(k+1)与δ(k)的关系，其中和δ(k)为当前k时刻的值，和δ(k+1)为预测的k+1时刻的值；

通过式(10)和式(11)及表面式永磁同步电机转矩方程得到k+1时刻转矩的预测值为：

通过式(10)和式(12)定义关于转矩和磁链的评价函数如式(13)所示，其中T_e^*和为k+1时刻的参考值；

施加不同角度、不同幅值的电压矢量时，式(13)中的评价函数g的值会因为电压矢量对转矩和定子磁链影响的不同而不同，g是关于q的函数，即关于电压矢量幅值、角度的函数。

步骤三中，通过空间矢量调制合成电压矢量过程如下所示，

合成电压矢量的幅值为逆变器6个非零电压矢量形成的六边形内切圆的半径，6个非零电压矢量幅值如式(14)所示，其中U_dc为直流母线电压；

合成电压矢量的幅值如式(15)所示；