[发明专利]离散空间矢量调制的永磁同步电动机模型预测控制方法

权利要求书

1.离散空间矢量调制的永磁同步电动机模型预测控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1：根据八个基本电压矢量确定三十个离散电压矢量，使总电压矢量的数量增加为三十八个，并将其作为候选电压矢量；各离散电压矢量的大小和方向用八个基本电压矢量表示为：

式中：v_vir为离散电压矢量；V_j为基本电压矢量；t_j为有效电压矢量的作用时间；T_s为开关周期；N为采样周期的划分数量；

步骤2：根据离散电压矢量的大小和方向确定其在候选电压矢量区域的分布，并用开关信号对每个电压矢量进行编号；六个有效电压矢量按逆时针方向从1到6依次编号，零矢量编号为0，离散电压矢量的编号由合成它的有效电压矢量占比决定，占比为一个采样周期内有效电压矢量作用时间占采样时间的比例；

步骤3：采样k时刻，即当前时刻dq轴电流[i_d(k),i_q(k)]^T；通过电流采样从逆变器获得k时刻的ab相电流，再经过坐标变换得出dq轴电流；

步骤4：计算k时刻的dq轴电压[u_d(k),u_q(k)]^T；k时刻的相电压由开关信号和母线电压U_dc计算得出，然后经过坐标变换得出dq轴电压，计算表达式为：

式中：[u_α(k),u_β(k)]^T和[U_A(k),U_B(k),U_C(k)]^T分别为k时刻αβ轴(两相静止坐标系)电压和abc轴(三相静止坐标系)电压；[S_A(k),S_B(k),S_C(k)]^T为k时刻逆变器开关信号；参数矩阵T_2s/2r，T_3s/2s，S_w分别为：

步骤5：预测(k+1)时刻的dq轴电流根据永磁同步电动机的离散数学模型，(k+1)时刻的dq轴电流表示为：

式中：R_s、L_d、L_q、ω_r(k)和ψ_PM分别为定子电阻、d轴电感、q轴电感、k时刻电角速度和转子永磁磁链；

步骤6：利用步骤4中的参数矩阵T_2s/2r将六个有效电压矢量变换至dq坐标系下，记作[u_d(k+1),u_q(k+1)]^T；

步骤7：将(k+1)时刻dq轴电流分别与六个有效电压矢量对应的dq轴电压[u_d(k+1),u_q(k+1)]^T结合，分别代入式(3)，预测出六个(k+2)时刻dq轴电流六个dq轴电流与六个有效电压矢量一一对应；

步骤8：利用价值函数计算电流误差，并确定最优有效电压矢量，电流误差最小的即为最优有效电压矢量；

步骤7中会根据有效电压矢量预测出六个(k+2)时刻dq轴电流，将(k+2)时刻dq轴电流与期望电流代入价值函数，计算出电流误差J(V_n)，然后从六个有效电压矢量中选取电流误差最小的作为最优有效电压矢量，价值函数表达式为：

式中：V_n为当前计算的电压矢量；和分别为期望的d轴和q轴电流；λ为加权因子；加权因子直接影响价值函数的大小，间接影响电压矢量的选取效果，其需要根据不同的系统来调节，其取值范围为[0,1]；

步骤9：根据步骤8得到的最优有效电压矢量确定最优扇区，最优有效电压矢量对应的扇区即为最优扇区；每个有效电压矢量将候选电压矢量分为六个扇区，每个扇区中有一个零电压矢量和六个离散电压矢量；

步骤10：计算最优扇区内电压矢量对应的电流误差，并比较出控制系统最终输出的最优电压矢量；重复步骤6、步骤7和步骤8计算出最优扇区内七个电压矢量的电流误差，然后取电流误差最小的电压矢量作为控制系统最终输出的最优电压矢量；

步骤11：将选取的最优电压矢量对应的开关信号通过控制器输入逆变器，实现对永磁同步电动机的有效控制。