[发明专利]一种无差拍预测控制近似替代电压矢量简化选择方法

说明书

本发明公开了一种无差拍预测控制近似替代电压矢量简化选择方法，本发明首先推导计算磁链和转矩无差拍控制理想施加电压矢量的角度和幅值，再确定备选电压矢量集合为该电压矢量与零电压矢量，最后根据理想电压矢量的幅值，选择施加零电压矢量还是非零电压矢量，本发明无需遍历所有基本电压矢量即可选择出最优电压矢量，将预测运算次数由7次减小至2次，显著降低了算法的复杂度和计算量，提高了电机的控制性能。

技术领域

本发明属于表面式永磁同步电机控制领域，具体涉及一种无差拍预测控制近似替代电压矢量简化选择方法。

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。

无差拍控制理论自从被提出以来，已经广泛的应用于工业控制的各种场合，无差拍控制也被称为最少拍控制，是一种时间的最优控制方案，在永磁同步电机中，无差拍控制理论是以电磁转矩和磁链的零跟踪误差为控制目标，直接计算出施加给电机定子端的最优电压矢量，从而消除控制系统时间周期上的误差，以满足实时、高精度的控制。

但是无差拍预测控制计算出来的理想施加电压矢量合成困难，因此采用基本电压矢量近似替代该理想电压矢量的方法，即从逆变器7个电压矢量中选取与理想施加电压矢量最接近的电压矢量。但是直接采用无差拍控制实现更多控制目标，算法难以实现，同时也难以实现非线性控制环节，而模型预测控制的优势在于可以通过成本函数来增加控制目标及实现非线性控制，因此，可采用模型预测控制，构造电压矢量误差成本函数，比较逆变器7个电压矢量与理想电压矢量的误差，选择误差最小的备选电压矢量作为输出电压矢量来替代理想电压矢量。

但是通过枚举法来选择最优备选电压矢量需要对所有基本电压矢量作用下的系统动态行为进行预测，因此算法的计算量较大，严重限制了模型预测控制的实用性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无差拍预测控制近似替代电压矢量简化选择方法，可将预测运算次数由7次减小至2次，显著降低了算法的复杂度和计算量，提高了电机的控制性能。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一：基于表面式永磁同步电机无差拍预测控制，推导计算磁链和转矩无差拍控制理想施加电压矢量的角度和幅值；

步骤二：在获得理想施加电压矢量后，根据该理想施加电压矢量的角度判断该理想施加电压矢量所处的扇区，则确定备选电压矢量集合为该电压矢量与零电压矢量；

步骤三：根据该理想电压矢量的幅值在备选非零电压矢量的投影判断替代电压矢量选择施加零电压矢量还是非零电压矢量：如果投影值小于等于阈值，则输出零电压矢量来替代理想电压矢量，如果投影值大于阈值，则输出非零电压矢量替代想电压矢量。

步骤一中，在定子磁链坐标系下，表面式永磁同步电机的磁链简化模型如下式1.1所示：

公式中，是当前K时刻定子磁链的幅值，是k+1时刻的定子磁链幅值,是当前要施加的电压矢量幅值，Δt是该电压矢量施加的作用时间，α是电压矢量与定子磁链矢量之间的夹角；

表面式永磁同步电机的转矩预测简化模型如下式1.2所示：

公式中，T_e(k+1)是k+1时刻的电机转矩，p是电机的极对数，ψ_f是永磁体磁链，是当前K时刻定子磁链的幅值，L_d为d轴定子电感，α是电压矢量与定子磁链矢量之间的夹角，δ(k)是当前K时刻的转矩角。

步骤一中，磁链和转矩无差拍控制下，理想的下一时刻磁链和转矩为下一时刻磁链和转矩参考值，如下式1.3所示：