[发明专利]基于几何法的永磁同步电机两矢量预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于几何法的永磁同步电机两矢量预测控制系统及方法。本发明的方法包括如下步骤：步骤一：根据无差拍控制思想获得参考电压矢量；步骤二：通过参考电压矢量的位置角快速筛选出三个电压矢量，包括两个非零矢量和一个零矢量，作为备选矢量；步骤三：利用几何法从三个备选矢量中选择出两个电压矢量，并计算出对应的占空比；步骤四：将选择的两电压矢量及占空比转化为对应的开关序列，并经逆变器输出最优电压至永磁同步电机。本发明能有效提高永磁同步电机的稳态性能，且相比于传统的基于解析法的两矢量模型预测控制系统更易于理解，并易于扩展到多相电机控制中。

技术领域：

本发明涉及一种基于几何法的永磁同步电机两矢量预测控制系统及方法，属于控制技术领域。

背景技术：

与电励磁电机相比，永磁电机具有结构简单、体积小、质量轻、损耗小、效率高等显著特点，在工农业生产、航天航空、国防装备和家用电器中得到广泛应用，对永磁电机的控制性能要求也越来越高，因此永磁电机的控制技术也在快速发展。近年来，模型预测控制由于原理简单、易于处理系统非线性约束等优点，是当前变频调速系统中受广泛关注的一种电机优化控制方法。

然而，传统的模型预测控制方法需要遍历所有的逆变器功率管开通状态，计算负担大，且每个控制周期仅选用一个基本电压矢量作为最优输出，存在较大的电流谐波和转矩脉动。针对上述问题，国内外学者们从占空比控制、优化目标函数和多步法控制等多方面提出了解决方法。

针对电压型逆变器供电的五相永磁同步电机驱动系统，中国发明专利《一种五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制方法》(专利号为CN201611214528.4，公开日期为2017.03.15)公开了基于大矢量和中矢量合成的虚拟矢量的模型预测电流控制方法。中国发明专利《矢量筛选和占空比结合的电机模型预测控制系统及方法》(专利号为CNCN201710271262.5，公开日期为2017.07.07)公开了以参考电压矢量和快速筛选出的非零基本电压矢量之间的比较作为价值函数，并采用一种占空比控制的方法计算出非零电压矢量的作用时间。中国发明专利《一种统一的永磁电机单/双矢量模型预测控制方法及装置》(专利号为CNCN201610917761.2，公开日期为2017.01.25)公开了将单矢量模型预测控制算法和双矢量模型预测控制算法融合为一种单一的算法，并统一单矢量模型预测控制算法和双矢量模型预测控制算法的脉冲宽度调制策略。

与上述专利所公开的模型预测控制方法相比，本发明提出了一种基于几何法实现两矢量模型预测控制的方法，可以简化繁琐的推导和计算解析过程，易于实现，并方便扩展到多相永磁电机的驱动控制系统中。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于几何法的永磁同步电机两矢量预测控制系统及方法，该方法能有效提高永磁同步电机的稳态性能，且相比于传统的基于解析法的两矢量模型预测控制系统更易于理解，并易于扩展到多相电机控制中。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种基于几何法的永磁同步电机两矢量预测控制系统，包括转速PI控制器模块、电流采集模块、转子位置反馈模块、坐标变换模块、无差拍电压计算模块、双电压矢量选择及占空比计算模块、电压矢量作用序列模块、逆变器模块和五相永磁同步电机；

转速参考值和经转子位置反馈模块得到的实际转速相比较，其转速差值输入至转速PI控制器；转速PI控制器输出基波空间中电流参考值，并输入给无差拍电压计算模块；电流采集模块获取电机定子绕组各相电流值，结合转子位置反馈模块得到的转子位置信息，经过坐标变换模块计算得到旋转坐标系下的直轴电流与交轴电流实际值；无差拍电压计算模块利用测量和计算得到的直轴电流与交轴电流实际值和参考值，根据无差拍控制思想计算出参考电压矢量；双电压矢量选择及占空比计算模块通过判断参考电压矢量的位置角和幅值确定两个基本电压矢量及对应的占空比；电压矢量作用序列模块将两个基本电压矢量及对应的占空比转化为各相绕组开关状态输出至逆变器；逆变器输出最优电压至永磁同步电机。