[发明专利]一种双绕组感应发电机系统的电流预测控制方法

说明书

本发明公开了一种双绕组感应发电机系统的电流预测控制方法，涉及感应电机驱动控制技术领域，以五相双绕组感应发电机系统为对象，利用PI调节器控制其控制绕组侧与功率绕组侧母线电压，利用电压模型转子磁链计算得到转子磁链幅值与定向角，建立双绕组感应发电机系统的电流预测模型，通过控制绕组电流与转子磁链幅值在电流预测模型中计算得到下一个控制周期控制绕组电流的预测值，以控制绕组电流的预测值跟上给定值为目标，计算得到所需的控制绕组电压，送入空间矢量脉宽调制后输出开关信号。该电流预测控制方法实现简单，有效克服了传统方法中参数整定困难的问题，同时拥有较好的电流控制性能，使整个控制系统的动态性能得到提升。

技术领域

本发明涉及感应电机驱动控制技术领域，尤其是一种双绕组感应发电机系统的电流预测控制方法。

背景技术

多电飞机的迅速发展，对航空电源系统提出了大容量、高效率、高可靠性、高供电质量的要求。作为航空电源系统的研究热点之一，直流电源系统的发展离不开其发电技术的发展。在众多直流电源系统中，双绕组感应发电机系统继承了笼型感应发电机系统结构简单、可靠性高的优点，并克服了其变换器容量大的不足，成为了直流电源系统的良好选择。

要充分发挥双绕组感应发电机系统的优势，就离不开它所采用的控制方法。由于该电机拥有两套绕组，需要同时对其两端电压进行控制，这使得控制变得相对较复杂。传统的双绕组感应发电机系统控制方法中，通过采用多个比例积分(PI，Proportional-Integral)调节器来调节有功电流、无功电流进而来调节控制绕组侧母线电压、功率绕组侧母线电压，具有开关频率固定、电流纹波较小的优势，却给整个系统引入了多个PI调节器，增加了调节器的设计难度。不仅如此，该控制方法在复杂的工况下往往需要设置多组PI参数，导致实际应用中调节器设计过程繁琐，且不易进行参数优化，这无疑为双绕组感应电机的进一步发展增加了困难。

电流预测控制是近年来被广泛应用于电力电子控制领域与电机驱动控制领域的一种控制方法，电流预测控制具有计算量小，实现简单，开关频率固定，响应快速等优点。然而，目前对于电流预测控制的研究仅限于并网逆变器、整流器、永磁同步电动机等，对于在双绕组感应发电机中的应用还尚未有所研究。双绕组感应发电机系统由于存在两套绕组，电机的数学模型更加复杂，电流预测控制在该系统上的实现并非简单的套用，需要专门为双绕组感应发电机设计预测模型，且在控制过程中还需要同时考虑两套绕组电压电流、磁链幅值与角度等信息的获取与利用。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种双绕组感应发电机系统的电流预测控制方法，该方法建立了双绕组感应发电机的电流预测模型，通过预测下一个控制周期发电机的控制绕组电流，来计算所要施加于电机的控制绕组电压矢量，进而实现对五相双绕组感应发电机系统的控制，避免了传统控制方法中复杂繁琐的参数整定过程，同时提升了系统的动态性能。

本发明的技术方案如下：

一种双绕组感应发电机系统的电流预测控制方法，包括如下步骤：

确定控制绕组侧直流母线电压误差与功率绕组侧直流母线电压误差，分别通过PI调节器得到控制绕组电流给定值的直轴与交轴分量；

获取控制绕组电流实际值并进行第一次坐标变换后，通过电压模型转子磁链观测器得到转子磁链幅值与转子磁链定向角；

利用转子磁链定向角对变换后的控制绕组电流实际值进行第二次坐标变换，得到控制绕组电流实际值的直轴与交轴分量；

将控制绕组电流实际值的直轴与交轴分量、上一个控制周期计算得到的控制绕组电压的直轴与交轴分量、转子磁链幅值代入电流预测模型中，得到对下一个控制周期的控制绕组电流预测值的直轴与交轴分量；

对控制绕组电流预测值和控制绕组电流给定值的直轴与交轴分量进行电压矢量计算，得到此控制周期所需的控制绕组电压的直轴与交轴分量；