[发明专利]一种开绕组永磁游标直线电机的模型预测电流控制方法

说明书

本发明公开了一种开绕组永磁游标直线电机的模型预测电流控制方法，该方法将共直流母线双逆变器输出的最优电压矢量分解为三个基本矢量，其中一个基本矢量由双逆变器的箝位逆变器产生，另外两个基本矢量由双逆变器的开关逆变器产生。箝位逆变器输出的最优基本矢量通过无差拍电流预测原理及扇区判断方法获得，减小了预测算法复杂度，降低了箝位逆变器的开关损耗，提高了系统效率。开关逆变器输出的两个最优基本矢量通过预测电流价值函数级联评估方法获得，并根据无差拍零序电流预测原理计算最优占空比，有效抑制了共直流母线系统的零序电流，减小了永磁游标直线电机的推力脉动。

技术领域

本发明属于直线电机控制技术领域，具体涉及一种开绕组永磁游标直线电机的模型预测电流控制方法。

背景技术

相比传统的永磁直线电机，永磁游标直线电机基于磁齿轮原理，短初级永磁体提供励磁磁场，长次级凸极起到调制气隙磁场作用，因此具有结构简单、大推力和低成本等优点，特别适合于直线轨道交通、直线无绳电梯等长行程、高性能应用场合。但是，永磁游标直线电机的磁齿轮结构本身决定了其功率因数偏低，从而影响了推力范围。通过提高驱动逆变器的直流母线供电电压可以在一定程度上提高推力范围，但往往受限于轨道交通、建筑楼宇等应用现场的供电电网电压等级。

采用双逆变器开绕组驱动结构，能够大大提升加在永磁游标直线电机三相动子绕组两端的电压，不但能够提高推力范围，而且还可以有效减小推力脉动，是解决永磁游标直线电机功率因数偏低固有缺陷的有效途径。根据双逆变器直流母线电压供电方式的不同，开绕组电机驱动系统拓扑结构可分为隔离直流母线结构、混合直流母线结构和共直流母线结构。相比隔离和混合直流母线结构，共直流母线结构具有装置体积小和成本低的优点。但是，共直流母线的结构本身也为零序电流提供了回路，从而增加了电流谐波和推力脉动，降低驱动性能，增加系统损耗。因此，在共直流母线双逆变器驱动开绕组电机系统中，必须采取有效措施来抑制零序电流。

近几年，共直流母线开绕组电机系统的零序电流抑制问题受到国内外学者越来越多的关注和研究。文献1(“共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略”，年珩等，电工技术学报，2015，30(20)：40–48)通过在磁场定向矢量控制系统中增加一个零序电流PI控制器来提高驱动性能，但传统PI控制器无法实现零序电流的无静差抑制，并且三次谐波锁相环也增加了控制复杂度。文献2(“Effect of zero-vector placement in adual-inverter fed open-end winding induction motor drive with alternativesub-hexagonal center PWM switching scheme”，Somasekhar V.T.，et al，IEEETransactions on Power electronics，2008，23(3)：1584–1591)提出一种每采样周期内平均零序电压消除的PWM调制技术来抑制零序电流和降低开关损耗，但该技术只适用于开绕组感应电机系统，对于存在三次谐波永磁磁链分量的开绕组永磁电机系统，无法有效抑制零序电流。文献3(“Improved finite-state model predictive current control withzero-sequence current suppression for OEW-SPMSM drives”，Yuan X.，et al，IEEETransactions on Power electronics，2020，35(5)：4996–5006)提出一种强参数鲁棒性的模型预测电流控制技术来改善零序电流抑制效果，但该技术存在开关损耗高、实现复杂的缺点。因此，探索一种既能有效抑制开绕组永磁游标直线电机零序电流又能降低共直流母线双逆变器开关损耗的高性能控制技术，是直线电机控制技术领域亟待解决的工程应用问题。

发明内容

本发明的目的是，针对现有控制技术的不足，提出一种开绕组永磁游标直线电机的模型预测电流控制方法，能够有效抑制开绕组永磁游标直线电机的零序电流，较大地降低共直流母线双逆变器的开关损耗，并且具有推力脉动小和算法复杂度低的优点。