CN108736778B - 一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，首先将转矩增量转化为负载角增量，将控制目标统一为定子磁链矢量；然后根据无差拍思想计算获得参考电压矢量，并通过参考矢量的区间位置选定I矢量，通过参考矢量的子区间位置选定II矢量；进而通过优化电压矢量占空比，将一个控制周期分为两个部分，I矢量作用于控制周期的一部分，而剩下时间选择II矢量或零矢量；最后将所选电压矢量及占空比进行循环寻优计算获得最优电压矢量输送给永磁同步电机。本发明可在降低处理器计算时间的同时减小系统转矩和磁链脉动，提高了系统的可靠性和稳态性能。

Description

一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法

技术领域

本发明涉及一种磁链控制方法，特别是一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法。

背景技术

随着微处理器处理性能的迅猛提升，模型预测控制方法受到了专家学者的广泛关注，传统预测转矩控制策略以电磁转矩和定子磁链作为控制变量，实现对转矩和磁链的直接控制，然而由于转矩和磁链不是同一量纲，价值函数需引入权值系数来均衡电磁转矩和定子磁链的效果，需要繁复的权值系数调试；预测磁链控制策略实现对转矩和磁链变量的控制变为对定子磁链矢量的控制，消除了权值系数，提高了磁链控制精度。但是由于预测磁链控制策略在一个控制周期施加一个基本电压矢量，不能解决稳态性能欠佳的问题，因此研究一种基于占空比调制的永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法有着广阔的发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，用于提高电机驱动系统的转矩和磁链脉动抑制精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：在每一个控制周期中，利用转速PI控制器实时计算转矩参考值T_e ^*；

步骤二：通过PARK坐标变换器实时计算逆变器输出dq轴电流i_d和i_q，将获得的dq轴电流输入转矩估计模块实时计算转矩T_e，然后利用转矩PI控制器实时获得负载角增量Δδ_sf；

步骤三：将获得的dq轴电流输入磁链估计模块实时获得磁链矢量ψ_sd和ψ_sq，将获得的磁链矢量输入负载角计算模块实时计算负载角δ_sf，然后结合负载角增量Δδ_sf获得(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)；

步骤四：将(k+1)时刻磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块得到(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)；

步骤五：将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链位置角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

步骤六：将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*；

步骤七：将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块，根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i；

步骤八：将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块，根据子区间选取施加在控制周期后一部分的备选电压矢量II矢量u_j；

步骤九：将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块得到I矢量占空比δ_i；

步骤十：将(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、占空比δ_i和磁链矢量ψ_s输入价值函数模块得到所选电压矢量及占空比u_opt1和δ_opt1、u_opt2和δ_opt2，将电压矢量送给逆变器得到三相电驱动永磁同步电机。

进一步地，所述步骤一具体为

在每一个控制周期中，将参考转速n^*与实际转速n的差值e_n输入转速PI控制器，根据公式(1.1)获得参考转矩T_e ^*：

其中，K_Pn和K_In分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s为拉普拉斯积分项。

进一步地，所述步骤二中电机负载角增量Δδ_sf获取方法为

2.1将采集得到的逆变器输出三相电流和电机转子磁链位置角输入PARK坐标变换器，根据公式(2.1)进行坐标变换获得dq轴电流i_d和i_q；

其中，i_a、i_b和i_c为逆变器输出三相电流，θ_r为转子磁链位置角；

2.2将获得的dq轴电流i_d和i_q输入转矩估计模块，根据公式(2.2)实时计算转矩T_e；

其中，P为极对数，ψ_f为永磁体磁链幅值，L_d和L_q分别为直轴和交轴电感；

2.3将获得的参考转矩T_e ^*与实时转矩T_e的差值e_T输入转矩PI控制器，根据公式(2.3)获得负载角增量Δδ_sf；

其中，K_PT和K_IT分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益。

进一步地，所述步骤三中计算(k+1)时刻负载角参考值δ_sf ^*(k+1)的方法具体为

3.1将获得的dq轴电流输入磁链估计模块，根据公式(3.1)计算磁链矢量ψ_sd和ψ_sq；

3.2将获得的磁链矢量输入负载角计算模块，根据公式(3.2)实时计算电机负载角δ_sf，然后根据公式(3.3)将实时负载角增量与实时负载角相加得到(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)；

进一步地，所述步骤四中计算(k+1)时刻参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)方法为

将定子磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块，根据公式(4.1)计算(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)：

进一步地，所述步骤五中计算(k+1)时刻αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)的方法为

将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块，根据公式(5.1)得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

其中，R_s为定子电阻，T_s为采样时间，ω_e为转子电角速度。

进一步地，所述步骤六中αβ轴的参考角度θ_s ^*的计算方法为

将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块，根据公式(6.1)获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*；

进一步地，所述步骤七中I矢量u_i的获取方法为

将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块，将θ_s ^*按[-π和6,π和6)、[π和6,π和2)、[π和2,5π和6)、[5π和6,π)∪[-π,-5π和6)、[-5π和6,-π和2)、[-π和2,-π和6)划分为6个区间，分别编号I、II、III、IV、V、VI，进而根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i。

进一步地，所述步骤八中II矢量u_j的获取方法为

将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块，将θ_s ^*按[-π和6,0)、[0,π和6)、[π和6,π和3)、[π和3,π和2)、[π和2,2π和3)、[2π和3,5π和6)、[5π和6,π)、[-π,-5π和6)、[-5π和6,-2π和3)、[-2π和3,-π和2)、[-π和2,-π和3)、[-π和3,-π和6)划分为12个子区间，分别编号1,2,…,12；当参考角度θ_s ^*位于区间I，即I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π和6)时，u_α ^*和U_dc∈(

和3]且u_β ^*和U_dc∈[0,1和3)；在控制周期前一部分时间施加I矢量u₁，即u_1α和U_dc＝2和3且u_1β和U_dc＝0时，u_1α和U_dc≥u_α ^*和U_dc且u_1β和U_dc≤u_β ^*和U_dc，根据公式(8.1)可得，施加I矢量u₁使得定子磁链沿α轴的磁链变化率高于沿α轴的参考磁链变化率，同时沿β轴的磁链变化率低于沿β轴的参考磁链变化率；

I矢量u₁相邻两个矢量为u₂和u₆，若II矢量选取u₆，即u_2α和U_dc＝1和3且u_2β和

此时u_2α和U_dc<u_α ^*和U_dc且u_2β和U_dc<u_β ^*和U_dc，施加矢量u₆使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍低于沿β轴的参考磁链变化率，增加了沿β轴的定子磁链误差；若II矢量选取u₂，即u_2α和U_dc＝1和3且u_2β和

此时u_2α和U_dc<u_α ^*和U_dc且u_2β和U_dc>u_β ^*和U_dc，施加矢量u₂使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍高于沿β轴的参考磁链变化率，补偿了沿β轴的定子磁链误差；因此，I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π和6)时，II矢量选取u₂。

进一步地，所述步骤九中计算所选矢量占空比δ_i的方法为

将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块，根据公式(8.1)计算所选电压矢量作用时定子磁链沿dq轴的变化率，进而代入公式(8.2)沿dq轴无差拍跟踪定子磁链矢量计算出E_r最小值，根据公式(8.3)无需权值系数即可计算I矢量占空比δ_i；

其中，S₁₁为I矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₁为I矢量沿q轴的磁链变化率，S₁₂为II矢量或零矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₂为II矢量或零矢量沿q轴的磁链变化率，u_id为选取的I矢量沿d轴的分量，u_iq为选取的I矢量沿q轴的分量，u_Md为u₀或u_jd，u_jd为选取的II矢量沿d轴的分量，u_Mq为u₀或u_jq，u_jq为选取的II矢量沿q轴的分量；

其中，E_r为定子磁链跟踪误差，ψ_sd ^e为定子磁链沿d轴的初始误差，ψ_sd ^e＝ψ_sd-ψ_sd ^*(k+1)，ψ_sq ^e为定子磁链沿q轴的初始误差，ψ_sq ^e＝ψ_sq-ψ_sq ^*(k+1)，t_i为I矢量作用时间；

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、采用永磁同步电机定子磁链矢量为控制目标，消除了传统模型预测转矩控制中的权值；

2、根据区间和子区间分割确定施加在控制周期前一部分的I矢量和控制周期后一部分的II矢量，后一部分矢量不总是零矢量，提高了转矩和磁链脉动抑制精度；

3、根据无差拍思想快速计算理想电压矢量所在区间，减小算法的计算次数，使得数字处理器的运算负担降低；

4、电压矢量和占空比同时选择以最小化价值函数，提高了稳态性能，降低了开关频率；

5、根据定子磁链跟踪误差最小化原理计算占空比，有效抑制转矩和磁链脉动。

附图说明

图1是本发明的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法的流程图。

图2是本发明的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法的矢量图。

图3是本发明的I矢量选择原理图。

图4是本发明的II矢量选择原理图。

图5是本发明的dq轴变化率。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，包括如下步骤：

步骤一：在每一个控制周期中，利用转速PI控制器1实时计算转矩参考值T_e ^*。

将参考转速n^*与实际转速n的差值e_n输入转速PI控制器1，根据公式(1.1)获得参考转矩T_e ^*：

其中，K_Pn和K_In分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s为拉普拉斯积分项。

步骤二：通过PARK坐标变换器2实时计算逆变器输出dq轴电流i_d和i_q，进而将获得的dq轴电流输入转矩估计模块3实时计算转矩T_e，然后利用转矩PI控制器4实时获得负载角增量Δδ_sf。

电机负载角增量Δδ_sf获取方法包括如下步骤：

1)将采集得到的逆变器输出三相电流和电机转子磁链位置角输入PARK坐标变换器2，根据公式(2.1)进行坐标变换获得dq轴电流i_d和i_q；

其中，i_a、i_b和i_c为逆变器输出三相电流，θ_r为转子磁链位置角；

2)将获得的dq轴电流i_d和i_q输入转矩估计模块3，根据公式(2.2)实时计算转矩T_e；

其中，P为极对数，ψ_f为永磁体磁链幅值，L_d和L_q分别为直轴和交轴电感；

3)将获得的参考转矩T_e ^*与实时转矩T_e的差值e_T输入转矩PI控制器4，根据公式(2.3)获得负载角增量Δδ_sf；

其中，K_PT和K_IT分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益。

步骤三：将获得的dq轴电流输入磁链估计模块5实时获得磁链矢量ψ_sd和ψ_sq，进而将获得的磁链矢量输入负载角计算模块6实时计算负载角δ_sf，然后结合负载角增量Δδ_sf获得(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)。

(k+1)时刻负载角参考值δ_sf ^*(k+1)的方法包括如下步骤：

1)将获得的dq轴电流输入磁链估计模块5，根据公式(3.1)计算磁链矢量ψ_sd和ψ_sq；

2)将获得的磁链矢量输入负载角计算模块6，根据公式(3.2)实时计算电机负载角δ_sf，然后根据公式(3.3)将实时负载角增量与实时负载角相加得到(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)；

步骤四：将(k+1)时刻磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块7得到(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)。

将定子磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块7，根据公式(4.1)计算(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)：

步骤五：将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链位置角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块8得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块8，根据公式(5.1)得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

其中，R_s为定子电阻，T_s为采样时间，ω_e为转子电角速度。

步骤六：将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块9获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*。

将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块9，根据公式(6.1)获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*；

步骤七：将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块10，进而根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i。

将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块10，将θ_s ^*按[-π和6,π和6)、[π和6,π和2)、[π和2,5π和6)、[5π和6,π)∪[-π,-5π和6)、[-5π和6,-π和2)、[-π和2,-π和6)划分为6个区间，分别编号I、II、III、IV、V、VI，进而根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i，表1为I矢量选择表；

表1 I矢量选择表

区间编号

I

II

III

IV

V

VI

I矢量u<sub>i</sub>

u<sub>1</sub>

u<sub>2</sub>

u<sub>3</sub>

u<sub>4</sub>

u<sub>5</sub>

u<sub>6</sub>

开关组合

100

110

010

011

001

101

步骤八：将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块11，进而根据子区间选取施加在控制周期后一部分的备选电压矢量II矢量u_j。

将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块11，将θ_s ^*按[-π和6,0)、[0,π和6)、[π和6,π和3)、[π和3,π和2)、[π和2,2π和3)、[2π和3,5π和6)、[5π和6,π)、[-π,-5π和6)、[-5π和6,-2π和3)、[-2π和3,-π和2)、[-π和2,-π和3)、[-π和3,-π和6)划分为12个子区间，分别编号1,2,…,12；如参考角度θ_s ^*位于区间I，即I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π和6)时，u_α ^*和U_dc∈(

和3]且u_β ^*和U_dc∈[0,1和3)；在控制周期前一部分时间施加I矢量u₁，即u_1α和U_dc＝2和3且u_1β和U_dc＝0时，u_1α和U_dc≥u_α ^*和U_dc且u_1β和U_dc≤u_β ^*和U_dc，根据公式(8.1)可得，施加I矢量u₁使得定子磁链沿α轴的磁链变化率高于沿α轴的参考磁链变化率，同时沿β轴的磁链变化率低于沿β轴的参考磁链变化率；

I矢量u₁相邻两个矢量为u₂和u₆，若II矢量选取u₆，即u_2α和U_dc＝1和3且u_2β和

此时u_2α和U_dc<u_α ^*和U_dc且u_2β和U_dc<u_β ^*和U_dc，施加矢量u₆使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍低于沿β轴的参考磁链变化率，增加了沿β轴的定子磁链误差；若II矢量选取u₂，即u_2α和U_dc＝1和3且u_2β和

此时u_2α和U_dc<u_α ^*和U_dc且u_2β和U_dc>u_β ^*和U_dc，施加矢量u₂使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍高于沿β轴的参考磁链变化率，补偿了沿β轴的定子磁链误差。因此，I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π和6)时，II矢量选取u₂。同理，可得如表2所示的II矢量选择表。

表2 II矢量选择表

步骤九：将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块12得到I矢量占空比δ_i；

将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块12，根据公式(8.1)计算所选电压矢量作用时定子磁链沿dq轴的变化率，进而代入公式(8.2)沿dq轴无差拍跟踪定子磁链矢量计算出E_r最小值，无需权值系数即可计算I矢量占空比δ_i，如式(8.3)所示；

其中，S₁₁为I矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₁为I矢量沿q轴的磁链变化率，S₁₂为II矢量或零矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₂为II矢量或零矢量沿q轴的磁链变化率，u_id为选取的I矢量沿d轴的分量，u_iq为选取的I矢量沿q轴的分量，u_Md为u₀或u_jd，u_jd为选取的II矢量沿d轴的分量，u_Mq为u₀或u_jq，u_jq为选取的II矢量沿q轴的分量；

其中，E_r为定子磁链跟踪误差，ψ_sd ^e为定子磁链沿d轴的初始误差，ψ_sd ^e＝ψ_sd-ψ_sd ^*(k+1)，ψ_sq ^e为定子磁链沿q轴的初始误差，ψ_sq ^e＝ψ_sq-ψ_sq ^*(k+1)，t_i为I矢量作用时间；

步骤十：将(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s和占空比δ_i输入价值函数模块13，该价值函数在一个控制周期施加两个电压矢量，根据无差拍原理跟踪定子磁链矢量，无需权值系数即可有效抑制转矩和磁链脉动；选取使得公式(8.2)取最小值时的电压矢量及占空比u_opt1和δ_opt1、u_opt2和δ_opt2，进而将电压矢量送给逆变器得到三相电驱动永磁同步电机。

本发明的工作原理：本发明方法分别根据参考电压矢量的区间和子区间位置选定I、II矢量，并将定子磁链矢量跟踪误差最小化原理引入到电压矢量的占空比计算中，可在降低处理器计算时间的同时减小系统转矩和磁链脉动，提高了系统的可靠性和稳态性能。首先将转矩增量转化为负载角增量，将控制目标统一为定子磁链矢量；然后根据无差拍思想计算获得参考电压矢量，并通过参考矢量的区间位置选定I矢量，通过参考矢量的子区间位置选定II矢量；进而通过优化电压矢量占空比，将一个控制周期分为两个部分，I矢量作用于控制周期的一部分，而剩下时间选择II矢量或零矢量；最后将所选电压矢量及占空比进行循环寻优计算获得最优电压矢量输送给永磁同步电机。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：在每一个控制周期中，利用转速PI控制器实时计算转矩参考值T_e ^*；

步骤二：通过PARK坐标变换器实时计算逆变器输出dq轴电流i_d和i_q，将获得的dq轴电流输入转矩估计模块实时计算转矩T_e，然后利用转矩PI控制器实时获得负载角增量Δδ_sf；

步骤三：将获得的dq轴电流输入磁链估计模块实时获得磁链矢量ψ_sd和ψ_sq，将获得的磁链矢量输入负载角计算模块实时计算负载角δ_sf，然后结合负载角增量Δδ_sf获得(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)；

步骤四：将(k+1)时刻磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块得到(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)；

步骤五：将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链位置角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

步骤六：将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*；

步骤七：将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块，根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i；

将参考角度θ_s ^*输入I矢量选择模块，将θ_s ^*按[-π/6,π/6)、[π/6,π/2)、[π/2,5π/6)、[5π/6,π)∪[-π,-5π/6)、[-5π/6,-π/2)、[-π/2,-π/6)划分为6个区间，分别编号I、II、III、IV、V、VI，进而根据区间选取施加在控制周期前一部分的I矢量u_i；

步骤八：将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块，根据子区间选取施加在控制周期后一部分的备选电压矢量II矢量u_j；

将参考角度θ_s ^*输入II矢量选择模块，将θ_s ^*按[-π/6,0)、[0,π/6)、[π/6,π/3)、[π/3,π/2)、[π/2,2π/3)、[2π/3,5π/6)、[5π/6,π)、[-π,-5π/6)、[-5π/6,-2π/3)、[-2π/3,-π/2)、[-π/2,-π/3)、[-π/3,-π/6)划分为12个子区间，分别编号1,2,…,12；当参考角度θ_s ^*位于区间I，即I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π/6)时，

且u_β ^*/U_dc∈[0,1/3)；在控制周期前一部分时间施加I矢量u₁，即u_1α/U_dc＝2/3且u_1β/U_dc＝0时，u_1α/U_dc≥u_α ^*/U_dc且u_1β/U_dc≤u_β ^*/U_dc，根据公式(8.1)可得，施加I矢量u₁使得定子磁链沿α轴的磁链变化率高于沿α轴的参考磁链变化率，同时沿β轴的磁链变化率低于沿β轴的参考磁链变化率；

I矢量u₁相邻两个矢量为u₂和u₆，若II矢量选取u₆，即u_2α/U_dc＝1/3且

此时u_2α/U_dc<u_α ^*/U_dc且u_2β/U_dc<u_β ^*/U_dc，施加矢量u₆使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍低于沿β轴的参考磁链变化率，增加了沿β轴的定子磁链误差；若II矢量选取u₂，即u_2α/U_dc＝1/3且

此时u_2α/U_dc<u_α ^*/U_dc且u_2β/U_dc>u_β ^*/U_dc，施加矢量u₂使得定子磁链沿α轴的磁链变化率低于沿α轴的参考磁链变化率，补偿了沿α轴的定子磁链误差，同时沿β轴的磁链变化率仍高于沿β轴的参考磁链变化率，补偿了沿β轴的定子磁链误差；因此，I矢量选取u₁，且θ_s ^*∈[0,π/6)时，II矢量选取u₂；

步骤九：将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块得到I矢量占空比δ_i；

将I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s输入占空比计算模块，根据公式(8.1)计算所选电压矢量作用时定子磁链沿dq轴的变化率，进而代入公式(8.2)沿dq轴无差拍跟踪定子磁链矢量计算出E_r最小值，无需权值系数即可计算I矢量占空比δ_i，如式(8.3)所示；

其中，S₁₁为I矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₁为I矢量沿q轴的磁链变化率，S₁₂为II矢量或零矢量沿d轴的磁链变化率，S₂₂为II矢量或零矢量沿q轴的磁链变化率，u_id为选取的I矢量沿d轴的分量，u_iq为选取的I矢量沿q轴的分量，u_Md为u₀或u_jd，u_jd为选取的II矢量沿d轴的分量，u_Mq为u₀或u_jq，u_jq为选取的II矢量沿q轴的分量；

其中，E_r为定子磁链跟踪误差，ψ_sd ^e为定子磁链沿d轴的初始误差，ψ_sd ^e＝ψ_sd-ψ_sd ^*(k+1)，ψ_sq ^e为定子磁链沿q轴的初始误差，ψ_sq ^e＝ψ_sq-ψ_sq ^*(k+1)，t_i为I矢量作用时间；

步骤十：将(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、占空比δ_i和磁链矢量ψ_s输入价值函数模块得到所选电压矢量及占空比u_opt1和δ_opt1、u_opt2和δ_opt2，将电压矢量送给逆变器得到三相电驱动永磁同步电机；

将(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、I矢量u_i、II矢量u_j和零矢量u₀、磁链矢量ψ_s和占空比δ_i输入价值函数模块，该价值函数在一个控制周期施加两个电压矢量，根据无差拍原理跟踪定子磁链矢量，无需权值系数即可有效抑制转矩和磁链脉动；选取使得公式(8.2)取最小值时的电压矢量及占空比u_opt1和δ_opt1、u_opt2和δ_opt2，进而将电压矢量送给逆变器得到三相电驱动永磁同步电机。

2.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤一具体为

在每一个控制周期中，将参考转速n^*与实际转速n的差值e_n输入转速PI控制器，根据公式(1.1)获得参考转矩T_e ^*：

其中，K_Pn和K_In分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s为拉普拉斯积分项。

3.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤二中电机负载角增量Δδ_sf获取方法为

2.1将采集得到的逆变器输出三相电流和电机转子磁链位置角输入PARK坐标变换器，根据公式(2.1)进行坐标变换获得dq轴电流i_d和i_q；

其中，i_a、i_b和i_c为逆变器输出三相电流，θ_r为转子磁链位置角；

2.2将获得的dq轴电流i_d和i_q输入转矩估计模块，根据公式(2.2)实时计算转矩T_e；

其中，P为极对数，ψ_f为永磁体磁链幅值，L_d和L_q分别为直轴和交轴电感；

2.3将获得的参考转矩T_e ^*与实时转矩T_e的差值e_T输入转矩PI控制器，根据公式(2.3)获得负载角增量Δδ_sf；

其中，K_PT和K_IT分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益。

4.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤三中计算(k+1)时刻负载角参考值δ_sf ^*(k+1)的方法具体为

3.1将获得的dq轴电流输入磁链估计模块，根据公式(3.1)计算磁链矢量ψ_sd和ψ_sq；

3.2将获得的磁链矢量输入负载角计算模块，根据公式(3.2)实时计算电机负载角δ_sf，然后根据公式(3.3)将实时负载角增量与实时负载角相加得到(k+1)时刻的负载角参考值δ_sf ^*(k+1)；

5.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤四中计算(k+1)时刻参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)方法为

将定子磁链矢量参考幅值ψ_s ^*(k+1)和负载角参考值δ_sf ^*(k+1)输入定子磁链矢量参考值计算模块，根据公式(4.1)计算(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)：

6.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤五中计算(k+1)时刻αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)的方法为将获得的(k+1)时刻的参考磁链矢量ψ_sd ^*(k+1)和ψ_sq ^*(k+1)、磁链矢量ψ_sd和ψ_sq、dq轴电流i_d和i_q和转子磁链角θ_r输入无差拍参考电压矢量计算模块，根据公式(5.1)得到(k+1)时刻的参考电压矢量u_d ^*(k+1)和u_q ^*(k+1)，经过反PARK变换得到αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)；

其中，R_s为定子电阻，T_s为采样时间，ω_e为转子电角速度。

7.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机双矢量预测磁链控制方法，其特征在于：所述步骤六中αβ轴的参考角度θ_s ^*的计算方法为

将获得的αβ轴参考电压矢量u_α ^*(k+1)和u_β ^*(k+1)输入相角变换模块，根据公式(6.1)获得参考电压矢量在αβ轴的参考角度θ_s ^*；

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