[发明专利]计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制方法

权利要求书

1.计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制方法，其特征在于：包括转速PI控制器(1)、模型预测控制模块(2)、全速域价值函数模块(3)、逆变器(4)、坐标变换模块(5)、永磁同步电机(6)和编码器(7)；首先，通过转速负反馈得到的转速增量经转速PI控制器后获得给定转矩T_e^ref，再从编码器中获取永磁同步电机的转子电角度θ_r和电角速度ω_r，并获取k时刻的三相定子电流i_a，i_b和i_c，经Clark变换和Park变换后得到k时刻定子电流的d-q分量i_d和i_q；然后，利用模型预测控制模块在线预测k+1时刻的定子电流的d-q分量i_d^k+1，i_q^k+1和电磁转矩T_e^k+1，并结合多个控制目标构建全速域价值函数；最后，通过最小化全速域价值函数获得逆变器最优电压矢量；

所述的给定转矩T_e^ref获取方法为：将参考速度与实际速度的差值e_n输入转速PI控制器，根据公式(1)获得参考转矩T_e^ref；

式中，k_p和k_i分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；

所述的电角度θ_r、电角速度ω_r以及k时刻定子电流的d-q分量i_d，i_q获取方法为：从编码器中获取永磁同步电机的电角度θ_r，再经式(2)求电角度θ_r关于时间的微分，得到电角速度ω_r；再测量永磁同步电机k时刻三相定子电流i_a，i_b和i_c，经Clark变换和Park变换后得到k时刻定子电流的d-q分量i_d和i_q；

计算k+1时刻定子电流d-q轴分量i_d^k+1、i_q^k+1和电磁转矩T_e^k+1的方法为：将得到的d-q轴电流i_d、i_q，转子电角速度ω_r以及转子电角度θ_r输入模块预测控制模块(2)，根据公式(3)获得k+1时刻的预测电流模型，然后根据公式(4)获得k+1时刻电磁转矩预测值T_e^k+1；

式中，u_d^k、u_q^k为k时刻定子电压在d-q轴分量上的电压；R_s为定子每相电阻；L_d、L_q为直、交轴电感；T为系统的采样周期；ψ_f为转子永磁体磁链；n_p为极对数；

在全速域价值函数模块(3)中构建低中速区控制目标的价值函数，计算k+1时刻低中速区转矩误差函数g_T、低中速区区域收敛函数g_MTPA、低中速区电流限制条件函数和低中速区方向选择函数g_dir的方法为：根据公式(5)获得k+1时刻的低中速区转矩误差函数g_T；将公式(6)和公式(7)联立并令等于0，此时永磁同步电机以最大转矩电流比方式运行，根据公式(8)获得k+1时刻低中速区区域收敛函数g_MTPA；定子电流受到逆变器输出最大电流I_max的限制，根据公式(9)获得k+1时刻低中速区电流限制条件函数最大转矩电流比轨迹是一个双曲线，而左侧的轨迹所产生的电磁转矩始终大于右侧，根据公式(10)获得k+1时刻低中速区方向选择函数g_dir；

g_T＝|T_e^ref-T_e^k+1| (5)

式中，i_s为定子电流；I_max为最大定子电流；T_e为电磁转矩。