[发明专利]一种基于空间电压矢量预测的直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种基于空间电压矢量预测的直接转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在k时刻，由控制系统对物理量进行采样，具体包括：电机转子电角速度ω_e，转子位置角θ，第k时刻的电机ABC三相电流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)，直流母线电压u_dc(k)；并求解ABC三相电流的d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

2)将转速误差Δω_e通过PI调节器计算得到电磁转矩参考值T_e^*，将定子磁链参考值保持恒定为ψ_s^*；

3)利用电机离散预测模型，根据k时刻电机实际电流在d轴和q轴的电流分量i_d(k)、i_q(k)和经过(k-1)时刻计算的d轴和q轴的电压矢量V_d、V_q，以及k时刻电机转子电角速度ω_e，得到(k+1)时刻在d轴和q轴的预测电流值i_d(k+1)、i_q(k+1)，根据预测电流值i_d(k+1)和i_q(k+1)，预测得到控制周期结束时在d轴和q轴的定子磁链分量ψ_d(k+1)，ψ_q(k+1)，从而预测得到在k时刻控制周期结束时定子磁链和电磁转矩ψ_s(k+1)，T_e(k+1)；

4)根据计算得到的电磁转矩参考值T_e^*、定子磁链参考值ψ_s^*、电磁转矩T_e(k+1)、定子磁链ψ_s(k+1)的值，计算k+1时刻的定子磁链误差和电磁转矩误差Δψ_s，ΔT_e；

5)将转矩误差ΔT_e通过PI调节器计算得到电压矢量基于定子磁链定向的旋转坐标轴的y轴电压分量V_y(k+1)，然后通过对磁链误差进行计算得到电压矢量基于定子磁链定向的旋转坐标轴的x轴电压分量V_x(k+1)，其中x轴y轴是以定子磁链定向的旋转坐标轴；

所述的计算电压矢量基于定子磁链定向的旋转坐标轴的y轴电压分量V_y(k+1)，以及计算电压矢量基于定子磁链定向的旋转坐标轴的x轴电压分量V_x(k+1)是采用如下公式：

式中K_p为PI调节器比例系数，K_i为PI调节器积分系数，Δψ_s和ΔT_e为k+1时刻的定子磁链误差和电磁转矩误差，T_s为IGBT开关周期，同时也为系统控制周期；

6)将旋转坐标轴的y轴电压分量V_y(k+1)和x轴电压分量V_x(k+1)通过坐标变换求出在固定轴α轴和固定轴β轴的电压分量V_α(k+1)和V_β(k+1)，然后采用两电平SVPWM调制策略，根据在k时刻计算出的参考电压矢量在α轴和β轴的电压分量V_α(k+1)、V_β(k+1)和转子位置角θ，计算驱动六桥臂逆变器的六路PWM脉冲的占空比，并获得六路PWM脉冲信号，在k+1时刻输出六路PWM脉冲信号作用于六桥臂逆变器，得到与所述的电压分量V_α(k+1)和V_β(k+1)相对应的电压矢量，输出相对应的电压矢量作用于电机，同时在k+1时刻返回步骤1)，循环运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间电压矢量预测的直接转矩控制方法，其特征在于，步骤3)所述的d轴和q轴的预测电流值i_d(k+1)、i_q(k+1)是利用电机离散预测模型得到，具体的计算公式如下：

式中，V_d(k)和V_q(k)是k时刻作用于电机的电压矢量在d轴和q轴上的分量，即为在(k-1)时刻计算出的下一时刻的参考电压矢量值；R_s是定子电阻值，T_s为IGBT开关周期，同时也为系统控制周期；L_d、L_q为定子d轴和q轴电感，ψ_f为转子永磁体磁链；ω_e为当前采样周期kT_s时的转速值，由于电机的机械常数对电气常数而言比较大，所以设定在整个控制周期不发生变化，即ω_e(k+1)＝ω_e(k)。