[发明专利]一种内嵌式永磁同步电机模型预测控制方法有效
申请号: | 201910618753.1 | 申请日: | 2019-07-10 |
公开(公告)号: | CN110336501B | 公开(公告)日: | 2020-10-23 |
发明(设计)人: | 董砚;张现磊;荆锴;梁晶;刘学奥 | 申请(专利权)人: | 河北工业大学 |
主分类号: | H02P6/34 | 分类号: | H02P6/34;H02P21/22;H02P21/05 |
代理公司: | 天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙) 12210 | 代理人: | 付长杰 |
地址: | 300130 天津市红桥区*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 内嵌式 永磁 同步电机 模型 预测 控制 方法 | ||
1.一种内嵌式永磁同步电机模型预测控制方法,该方法包括以下步骤:
步骤1、建立内嵌式永磁同步电机离散数学模型:
内嵌式永磁同步电机在同步旋转坐标系(dq)下的数学模型为式(1):
式中,ud、uq分别为d轴和q轴电压;id、iq分别为d轴和q轴电流;Ld、Lq分别为d轴和q轴电感;we为电机电角速度,为永磁磁链;Rs为定子电阻;
令反电动势E1、E2为式(2):
在同步旋转坐标系(dq)下,E1、E2可以认为是直流量,则式(1)转化为式(3):
应用一阶前向欧拉法将式(3)进行离散,得内嵌式永磁同步电机离散数学模型为式(4):
式中,id(k)、iq(k)分别为定子电流在k时刻d、q轴测量值;ud(k)、uq(k)分别为定子电压在k时刻d、q轴分量的测量值;分别为定子电流在k+1时刻d、q轴预测值;E1、E2分别为d、q轴反电动势;Ts为采样时间;
步骤2、优化模型预测控制价值函数:
价值函数用式(13)表示:
其中给定无差拍电压矢量d、q轴分量用式(9)表示:
式中,为定子电流在d、q轴分量的给定值,用式(6)定义:
根据式(9)计算将与7个基本电压矢量的d、q轴分量ud、uq带入式(13),从中选取使价值函数g最小的电压矢量作为第一个最优电压矢量Vopt1;
步骤3、优化双矢量模型预测控制器设计:
在选出Vopt1的基础上,再进行一次电压矢量选择来确定第二个最优电压矢量Vopt2,具体过程是:
在进行Vopt2选择时,将Vopt1和剩下的6个基本电压矢量分别组合,并且预先分配两个电压矢量Vopt1和Vopt2的作用时间;然后利用内嵌式永磁同步电机离散数学模型式(4)的同时,考虑两个电压矢量的作用时间,得式(14):
式中,topt1是第一个最优电压矢量Vopt1的作用时间,Ts-topt1是第二个最优电压矢量Vopt2的作用时间;ud_opt1、uq_opt1分别为Vopt1对应的定子电压d、q轴分量;udj、uqj分别为第二个最优电压矢量Vopt2对应的d、q轴电压分量;
采用q轴电流无差拍来计算两个最优电压矢量Vopt1和Vopt2的作用时间,即在一个采样周期中,通过分配Vopt1和Vopt2的作用时间,使得iq在k+1时刻达到给定值即得式(15):
根据式(15)得出最优电压矢量Vopt1的作用时间为式(16):
式中,sopt1、sj分别为Vopt1和Vopt2作用时q轴电流iq的变化率;
由于Vopt1和Vopt2共同作用一个采样周期Ts,所以将uq=uq_opt1,uq=uqj分别代入式(3),得式(17):
将式(17)代入式(16),得式(18):
其中,第一个最优电压矢量Vopt1的作用时间为:topt1;第二个最优电压矢量Vopt2的作用时间为:Ts-topt1;
将第一个最优电压矢量Vopt1的q轴分量uq_opt1与剩下的6个基本电压矢量的q轴电压分量uqj分别代入式(17)和式(18),得到6组电压矢量在一个采样周期的作用时间组合:topt1、Ts-topt1;将6组矢量作用时间代入式(14),得到6组电压矢量组合在当前时刻的ud、uq值;再通过价值函数,得到6个价值函数值,选择使价值函数g最小的电压矢量Vj作为第二个最优电压矢量Vopt2;
步骤4、三相定子电流的产生以及采样:
将上述的两个最优电压矢量Vopt1、Vopt2以及各自作用时间topt1、Ts-topt1输入到脉冲发生器,产生一组对应作用时间的电压矢量脉冲;然后将两个电压矢量脉冲和各自作用时间输入到三相逆变器,通过三相逆变器逆变出三相特定相角和幅值的定子电流,经过霍尔传感器采样模块对三相定子电流进行采样,同时将三相定子电流输入到内嵌式永磁同步电机,驱动内嵌式永磁同步电机运行;将采样得到的三相定子电流经变换后得到两相旋转坐标系dq轴电流信号反馈值id、iq反馈到步骤1,进行下一个采样周期的预测。
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