[发明专利]一种异步电机模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种异步电机模型预测控制方法，通过构建包含k+1时刻定子磁链项和k+1时刻电磁转矩项的代价函数，采用DTC表选取第一最优电压矢量，并得出与之相邻的电压矢量和零矢量，作为备选电压矢量，选择使代价函数最小的备选电压矢量作为第二最优电压矢量，分别计算其矢量控制时间，可以得到两组预测控制结果，相比于传统的模型预测控制方法，改进了其开关频率低，控制周期长时，单一最优电压矢量的作用时间可能会使控制效果超出预期的问题，使得到的预测控制结果能够满足更多实际情况下的控制需求，提高模型预测控制的适用范围和准确程度。

技术领域

本发明涉及模型预测控制技术领域，特别是指一种异步电机模型预测控制方法。

背景技术

模型预测控制(MPC)是一类特殊的控制，它的当前控制动作是在每一个采样瞬间通过求解一个有限时域开环最优控制问题而获得，模型预测控制是一种基于滚动时域多参数优化的先进控制算法，传统上主要用于解决流程工业中的控制问题，尤其是近几年随着数字信号处理器飞速发展，模型预测控制策略在电机控制领域迅速发展应用；

在传统的电机模型预测转矩控制中，一个控制周期内只输出一个电压矢量，当开关频率低，控制周期长时，单一最优电压矢量的作用时间可能会使控制效果超出预期。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种异步电机模型预测控制方法，提高模型预测控制的适用范围。

基于上述目的本发明提供的一种异步电机模型预测控制方法，本方法包括：

利用两相静止坐标系下异步感应电机的数学模型，计算得出k+1时刻定子磁链预测值和k+1时刻电磁转矩的预测值；

构建出包含k+1时刻定子磁链项和k+1时刻电磁转矩项的代价函数；

采用直接转矩控制表选取第一最优电压矢量；

选择第一最优电压矢量相邻的电压矢量和零矢量，作为备选电压矢量分别代入代价函数进行计算；

选择使代价函数最小的备选电压矢量，作为第二最优电压矢量；

分别使用第一最优电压矢量和第二最优电压矢量，计算其对应的矢量作用时间，得出预测控制结果。

优选地，计算得出k+1时刻定子磁链预测值和k+1时刻电磁转矩的预测值，包括：

建立两相静止坐标系下异步感应电机的数学模型为

其中，ψ_s为定子磁链矢量，ψ_r为转子磁链矢量，u_s为定子电压矢量，R_s为定子电阻，i_s为定子电流矢量，i_r为转子电流矢量，L_s为定子电感，L_r为转子电感，L_m为定子互感，ω_r为转子电角速度，p为极对数；

计算得出转子磁链矢量计算公式

将异步感应电机的数学模型与转子磁链矢量计算公式离散化，得到k+1时刻的定子磁链预测值

ψ_s(k+1)＝ψ_s(k)+T_s[u_s(k)-R_si_s(k)]和k+1时刻定子电流的预测值

其中T_s表示一个控制周期，，j为复数的符号，ω为转子电角速度，v_s为电压矢量；

估算得出电磁转矩的计算公式为

得到k+1时刻电磁转矩的预测值为