[发明专利]一种永磁同步电机直接转矩预测控制方法

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机直接转矩预测控制方法，属于电机控制技术领域。该方法根据平均等效原理，对逆变器产生的8个基本电压矢量进行扩展，从而得到包含更多电压矢量的集合，可有效提高电机转矩控制性能；同时，为了解决电压矢量增多而引起计算负担加重的问题，该方法中提出对电压矢量进行快速筛选，有效减轻扩展电压矢量带来的预测计算和代价函数穷举的计算量，可降低对电机控制器核心芯片的计算性能要求，节省成本。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种基于扩展电压矢量快速筛选的永磁同步电机直接转矩预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机常规的控制方法主要有矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)。FOC需要进行坐标变换，计算量大，且存在多个PI调节器，其参数调节较复杂且易受电机参数的影响；DTC则通过测量电机定子绕组的电压值和电流值直接计算出定子磁链和转矩，并利用两个独立的滞环比较器实现分别对定子磁链和转矩的控制。DTC具有结构简单、转矩响应较快、对电机参数变化鲁棒性强等优点，但DTC存在转矩脉动较大、定子磁链脉动大和逆变器开关频率不恒定等缺点。为了解决永磁同步电机FOC和DTC存在的问题，国内外学者提出了很多改进的控制算法，其中最为突出的就是预测控制。常规的直接转矩预测控制中，将逆变器产生的8个基本电压矢量依次代入电机离散模型中，利用约束函数，选取使代价函数值最小的基本电压矢量作用于电机。该方法可供选择的电压矢量数量少，输出的电压矢量与期望的电压矢量存在误差，电机仍存在明显的转矩脉动。扩展逆变器产生的电压矢量数量，使其输出的电压矢量接近期望的电压矢量，可降低电机的转矩脉动，但是由于预测控制算法中代入计算的次数增多，代价函数的计算量会大大增加，对处理芯片的计算性能有更高要求，提高了成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种扩展电压矢量快速筛选的永磁同步电机预测直接转矩控制方法，解决预测输出电压与理想电压之间偏差较大的问题，同时避免了扩展电压矢量引起的计算量增加问题，从而减少实际输出电压与理想电压的偏差，降低输出转矩的脉动。

本发明一种扩展电压矢量快速筛选的永磁同步电机预测直接转矩控制方法，该方法具体为：

步骤一：对永磁同步电机进行电压矢量扩展；

步骤二：对扩展后的电压矢量进行筛选；

步骤三：将筛选后的扩展的电压矢量代入到预测模型中，从而选取使得代价函数最小的电压矢量作为输出的电压矢量；

对永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型进行欧拉向前离散化处理，得到磁链预测模型、电流预测模型与转矩预测模型。

在同步旋转坐标系下，永磁同步电机的电压方程为

式(1)中，u_d为定子绕组电压的d轴分量，u_q为定子绕组电压的q轴分量，i_d为定子绕组电流的d轴分量，i_q为定子绕组电流的q轴分量，ψ_d为定子绕组磁链的d轴分量，ψ_q为定子绕组磁链的q轴分量，R_s为定子绕组电阻，ω_r为转子电角转速。

永磁同步电机的磁链方程为

式(2)中，ψ_f为转子永磁体磁链。

永磁同步电机的电磁转矩方程为

式(3)中，T_e为电机电磁转矩，p为电机极对数。

对式(1)～式(3)进行欧拉向前离散化处理，分别可得到永磁同步电机的磁链预测模型为