[发明专利]一种计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，基于NPC三电平逆变器供电的永磁同步电动机，构建以dq轴定子磁链为控制对象的价值函数，消除了权重系数，又通过一种矢量分区方法将价值函数择优的备选矢量减少到1‑3个，然后，通过一种优化占空比的双矢量控制策略，在获得双非零矢量控制效果的同时，降低第二矢量择优的计算量，同时兼顾了中点电位的平衡。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机模型预测控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

模型预测控制(Model predictive control,MPC)是产生于20世纪70年代后期的一种计算机控制算法，在电机驱动系统中，根据控制目标不同可分为模型预测电流控制(Model predictive current control,MPCC)和模型预测转矩控制(Model predictivetorque control,MPTC)。MPTC采用价值函数在线寻优的思想，来获取逆变器输出的最优电压矢量，不仅能够提高系统的动态响应，而且在一定程度上可减小转矩脉动、提高系统的稳态性能。但是，传统MPTC需要对权重系数进行设计，而权重系数的设计又缺乏统一的指导策略，因此，提出一种模型预测磁链控制(Model predictive flux control,MPFC)，通过将对定子磁链和电磁转矩的控制转化为对一个等效定子磁链复矢量的控制来消除权重。

随着电力电子技术的发展，二极管中点钳位式(Neutral-point-clamped,NPC)三电平逆变器以其更小的电压应力、更宽泛的矢量选择范围等优点得到了广泛应用。然而，由于NPC三电平逆变器存在27个基本电压矢量，在价值函数选优时需要进行27次判断，尤其是在多步预测和多矢量控制中，系统的运算量更是成指数增加，较大的计算量会引起系统的处理延时，导致预测不准确。此外，为减小转矩脉动、提高控制系统的稳态性能，双矢量控制策略是一种很好的方法，然而，对于传统的第二矢量固定为零矢量的控制策略，在某些情况下，零矢量的作用可能会失效，而第二矢量不固定为零矢量虽然可以提高控制精度，但存在第二矢量择优的问题，将会增大系统的计算负担。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，能够有效减少备选矢量的数量，并且在获得双非零矢量控制效果的同时，降低第二矢量择优的计算负担，提高系统的运行效率。

技术方案：一种计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过外环转速PI控制器得到电磁转矩的参考值T_e^ref；

步骤2：获取永磁同步电机的电角度θ_r和电角速度ω_r，并将三相定子电流i_a、i_b、i_c通过Clark及Park变换得到定子电流dq轴的分量i_d和i_q；

步骤3：获取k时刻磁链测量值ψ_s(k)与d轴的夹角δ(k)以及ψ_s(k)与k+1时刻磁链参考值之间的增量角Δδ(k+1)；

步骤4：获取k+1时刻磁链参考值dq轴的分量ψ_d^ref(k+1)和ψ_q^ref(k+1)；

步骤5：对备选电压矢量进行筛选，并获取k+1时刻磁链预测值dq轴的分量ψ_d(k+1)和ψ_q(k+1)；

步骤6：通过最小化价值函数获取最优作用矢量，并以k+1时刻磁链预测值达到参考值为条件通过优化占空比获取第二作用矢量；

步骤7：通过中点电位平衡获取驱动逆变器的最优开关状态。