[发明专利]一种表贴式永磁同步电机连续集模型预测转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种基于梯度下降法的表贴式永磁同步电机连续集模型预测转矩控制方法，包括：在每个采样周期测量电流信号和转子位置信号；基于永磁同步电机数学模型进行延时补偿、在当前电压矢量作用下预测永磁同步电机输出转矩和磁链；根据给定参考转矩和参考磁链以及获取的转矩和磁链信息从而得到误差值，根据误差值起始迭代电压矢量；将永磁同步电机模型预测问题转换为优化问题，采用梯度法求解获取最优电压矢量；采用SVPWM方法将最优电压矢量作用于电机控制系统进行转矩控制。该方法与传统直接转矩控制和模型预测直接转矩控制方法相比，通过梯度下降法迭代得到的最优电压矢量更准确，且被限制在逆变器可实施的电压范围内。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制方法，尤其涉及一种基于梯度下降法的表贴式永磁同步电机连续集模型预测转矩控制方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有体积小、功率密度高、调速范围大转矩输出能力强等优点，被广泛应用在运动控制领域。在永磁同步电机调速系统中，直接转矩控制是最广泛的一种控制方法。直接转矩控制通常通过查表法选择电压矢量，其方法转矩、磁链脉动大。实践表明，查表法输出的不是最佳电压矢量。一些学者提出了模型预测直接转矩电机控制方法，其方法通过对电机状态进行预测，将预测值代入性能指标价值函数来选择最优电压矢量，在最优矢量选择上更加有效。但传统模型预测直接转矩控制方法通常为有限集模型预测控制方法，只对有限数量电压矢量进行评价计算，此方法依然有一定转矩、磁链脉动和谐波大的缺陷。

如图1为永磁同步电机传统模型预测直接转矩控制原理图。在传统模型预测直接转矩中，以d-q旋转坐标系定子磁链为状态变量，通过一阶前向欧拉离散法推导出PMSM的离散时域模型表示如下：

ψ_s[k+1]＝Aψ_s[k]+Bu[k]+C (1)

式中：

电磁转矩和磁链满足：

式中：ψ_s＝[ψ_d,ψ_q]^T；u＝[u_d,u_q]^T。u_d、u_q，i_d、i_q，分别是d-q坐标系下电压、电流，L_s为定子电感；R_s是定子电阻；T_s是控制周期；ψ_f是转子永磁体磁链；ω_e是转子电角速度；p是电机极对数。

由图1可以看出，传统模型预测直接转矩控制首先测量定子电流、转子位置和直流母线电压等相关状态变量，经过坐标变换计算转矩和磁链。然后利用获得的电机状态变量利用式(1)式(2)预测7个开关状态下的输出转矩和磁链。最后分别计算7组开关状态下的价值函数，参考转矩由PI调节器产生，参考磁链由最大转矩电流比方法(MTPA)得出。对于表贴式永磁同步电机采用式(3)计算得出。最优电压矢量的价值函数值最小。

上述过程只对7种电压矢量进行了预测，导致输出电压不精确，电机输出转矩、磁链脉动大。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于梯度下降法的表贴式永磁同步电机连续集模型预测转矩控制方法，

在每个采样周期测量电流信号和转子位置信号；

基于永磁同步电机数学模型进行延时补偿、在当前电压矢量作用下预测永磁同步电机输出转矩和磁链；

根据给定参考转矩和参考磁链以及获取的转矩和磁链信息从而得到误差值，根据误差值起始迭代电压矢量；