CN109450327B - 基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法 - Google Patents

基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法。方法是结合离散占空比,设计了一种全新的合成备选矢量的方法,选取两相邻有效矢量与零矢量合成备选矢量,同时直接生成备选矢量所对应的占空比信息。在此基础上构建扩展控制集,从而提高对转矩和磁链的控制精度。本发明方法直接在目标矢量集合所对应的倒三角矩阵区域进行筛选,使得最优矢量的预测过程与占空比计算过程合二为一,提升了所提算法的整体效率,并提高对转矩和磁链的控制精度。

Description

基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制领域,特别涉及在预测转矩控制策略的情况下,兼顾电机的运行性能的电机控制领域,具体是涉及了一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、高转矩输出能力、高功率因数等优点,被广泛应用于电动汽车、轨道交通、航天航空等诸多工业领域。近些年,随着电力电子技术和微处理器的飞速发展,模型预测控制算法逐渐被应用于电力电子控制和电机控制等领域。
目前,针对电压源逆变器馈电的永磁同步电机驱动系统,其常用的模型预测控制策略为有限控制集模型预测转矩控制,其原理是以逆变器的8种开关状态所对应的基本电压矢量作为备选矢量,依次代入至永磁同步电机的预测模型中,分别预测出对应的系统的未来响应。而后采用价值函数对每种开关状态所产生的未来响应进行评估,进而选出最优的开关状态。传统的有限控制集模型预测转矩控制策略结构简单,动态响应速度快,系统鲁棒性强,但对转矩和磁链的控制精度有限,这主要是由于传统控制集中只包含8个备选矢量,具体为6个幅值和相角均固定的有效矢量以及2个零矢量,从而使得磁链和转矩的控制精度受到限制。此外,传统有限控制集模型预测转矩控制策略的价值函数包含转矩与磁链两个输出量的误差,由于转矩和磁链量纲不同,导致价值函数难以均衡表现转矩和磁链预测值与期望值的偏差程度,为此,需在价值函数的磁链项中加入权重系数。而权重系数的取值与控制效果相关,若权重系数选择不恰当,将会导致对控制系统的控制精度下降的现象。
为此,一些学者致力于构建无权重系数的价值函数,以及扩充传统有限控制集中的备选矢量,后者采用的方法为直接引入虚拟矢量以增加备选矢量的个数,在传统有限控制集的基础上增加更多不同相角、不同幅值的备选矢量,从而提高系统的控制性能。备选矢量个数的增加,一方面可以有效提高转矩与磁链的控制精度,另一方面却意味着在每一控制周期都要计算所有备选矢量作用下的未来响应,继而再用价值函数对其逐次进行筛选,计算量将明显增加。
发明内容
传统有限控制集模型预测转矩控制策略的价值函数包含转矩与磁链两个输出量的误差,由于转矩和磁链量纲不同,导致价值函数难以均衡表现转矩和磁链预测值与期望值的偏差程度。为克服现有技术的不足,本发明旨在提出一种基于离散占空比的永磁同步电机系统无权重预测转矩控制方法,有效提升系统对电机转矩和磁链的控制精度。
本发明采用的技术方案具体步骤如下:
步骤1:构建扩展控制集
为了扩充传统有限控制集模型预测转矩控制策略的有限控制集,本发明引入虚拟矢量,以此来增加控制集中备选矢量个数,具体的实现过程为:
对于永磁同步电机系统中的两电平三相电压源型逆变器具有八个开关状态,八个开关状态对应八个基本电压矢量,八个基本电压矢量分别为六个有效矢量和两个零矢量,从6个有效矢量中选择任意两个相邻的有效矢量并分别记为电压矢量Vn和Vm,再从两个零矢量中选择任意一个记为电压矢量VZ,以三个基本电压矢量合成备选矢量表示为:
Vnm=Vndn+Vmdm+VZdZ (1)
式中,dn,dm和dZ分别表示三个基本电压矢量Vn、Vm和VZ的占空比,满足dn+dm+dZ=1;
为避免在线计算占空比,本发明对占空比进行离散化处理,将占空比[0,1]区间平均离散成M(M≥2)份,占空比dn,dm,和dZ均有(M+1)种选择,在电压矢量Vn和Vm确定的情况下,基于离散占空比合成的备选矢量的选择个数为(M+1)(M+2)/2;
将这(M+1)(M+2)/2个备选矢量组成备选矢量集合记为
Figure BDA0001881710480000021
Figure BDA0001881710480000022
表示集合中的第y个备选矢量,y=1,2,…,(M+1)(M+2)/2,n和m分别表示电压矢量Vn和Vm在基本有效矢量中的序数;随n和m的不同,共有
Figure BDA0001881710480000024
Figure BDA0001881710480000023
六个集合,将六个集合的总和定义为扩展控制集;本发明所构建的扩展控制集可以极大程度上增加备选矢量个数。
步骤2:倒三角矩阵的构建;
用倒三角矩阵中的每个元素的行、列号信息表示组成备选矢量集合中每一个备选矢量的三个基本电压矢量的占空比信息,具体为;
建立倒三角矩阵,其中元素行号用r表示,元素列号用c表示,与合成备选矢量的三个基本电压矢量的占空比dn,dm和dZ之间的关系采用以下公式表示并且规律排布:
Figure BDA0001881710480000031
由此可见,具体实施时只需存储备选矢量在其相对应的倒三角矩阵中的行号和列号信息,就可以在进行筛选最优矢量时快速确定组成该备选矢量的3个基本电压矢量的占空比数值。
倒三角矩阵存储备选矢量集合时,将备选矢量集合中的所有备选矢量按照以下方式规律排列在倒三角矩阵中;
(1)在倒三角矩阵中,位于同一行的备选矢量中占空比数值满足dn相同,dm逐列向右增加,即在备选矢量中,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果逐列向右加强;
(2)在倒三角矩阵中,位于同一列的备选矢量中占空比数值满足dm相同,dn逐行向下增加,即在备选矢量中,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果逐行向下加强。
(3)矩阵中其它备选矢量的作用效果居于有效矢量Vn和Vm的效果之间;
步骤3:参考定子电压矢量的求解;
首先,永磁同步电机的定子电压和电磁转矩分别计算为:
Figure BDA0001881710480000032
Figure BDA0001881710480000033
式中,us表示定子电压矢量,is表示定子电流矢量,ψs表示定子磁链矢量,R表示定子电阻,Te表示电磁转矩,ψr表示转子磁链矢量,δ表示负载角,δ∈(-π/2,π/2);Ld与Lq分别表示永磁同步电机PMSM的d、q轴电感,p表示极对数;
接着,对式(4)中的电磁转矩关于负载角δ求导并离散化处理,计算为:
Figure BDA0001881710480000034
由于机械时间常数远大于电气时间常数,在一个控制周期Ts内可以近似认为转子是静止不动的。控制|ψs|为恒值,电磁转矩的改变量由负载角的增量计算为;
Δδ=H·[Te(k+1)-Te(k)] (6)
Figure BDA0001881710480000041
式中,Δδ表示负载角的增量;
为实现系统对转矩跟踪性能的要求,要求满足(k+1)Ts时刻的电磁转矩等于电磁转矩参考值
Figure BDA0001881710480000042
Figure BDA0001881710480000043
式中,
Figure BDA0001881710480000044
表示电磁转矩参考值;k表示采样时刻的序数;
将式(5)代入式(7)再代入到式(6)中,在(k+1)Ts时刻负载角的增量计算为:
Figure BDA0001881710480000045
式中,Te(k)为第kTs时刻的电磁转矩,Δδref(k+1)为第(k+1)Ts时刻的参考负载角的增量;
为实现系统对磁链跟踪性能的要求,在(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量计算为以下公式
Figure BDA0001881710480000046
式中,ψs(k+1)表示在第(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量,
Figure BDA0001881710480000047
表示定子磁链参考值;θs(k)表示第kTs时刻定子磁链矢量ψs(k)的空间相位角;θs(k+1)表示第(k+1)Ts时刻定子磁链矢量ψs(k+1)的空间相位角;
对式(3)进行离散处理后再和式(11)联立计算满足无差跟踪控制要求的参考定子电压矢量为:
Figure BDA0001881710480000048
式中,us ref(k+1)表示在第(k+1)Ts时刻的参考定子电压矢量,is(k)表示第kTs时刻的定子电流矢量,
Figure BDA0001881710480000049
表示一个整体矢量,∠前面的
Figure BDA00018817104800000410
表示幅值,∠后面的[θs(k)+Δδref(k+1)]表示相角;Ψs(k)表示第kTs时刻的定子磁链矢量;
步骤4:无权重系数价值函数的构建;
无需权重系数的价值函数构建为:
Figure BDA00018817104800000411
式中,
Figure BDA00018817104800000412
是参考定子电压矢量;ui表示扩展控制集中任一的第i个备选矢量;
步骤5:简化模型预测转矩控制算法;
5.1、根据参考定子电压矢量
Figure BDA0001881710480000051
所在的扇区位置对扩展控制集中的六个备选矢量集合进行初步筛选:
若式(12)计算得到的参考定子电压矢量
Figure BDA0001881710480000052
落在备选矢量集合中由电压矢量Vn和Vm组成的扇区位置时,则备选矢量集合记为
Figure BDA0001881710480000053
中的备选矢量与其他相比,更接近于参考定子电压矢量,作为目标矢量集合;
5.2、在获得目标矢量集合后,利用式(13)对目标矢量集合中的每个备选矢量进行筛选,取价值函数最小的作为最优矢量,最终获取最优矢量及组成其的三个电压矢量的占空比对永磁同步电机系统进行无权重预测转矩控制。
本发明的设计思路是,针对永磁同步电机系统所提出的一种基于离散占空比的永磁同步电机系统无权重预测转矩控制方法,其考虑了永磁同步电机控制系统的转矩波动问题;结合离散占空比技术,设计了一种全新的合成备选矢量的方法,选取两相邻有效矢量与零矢量合成备选矢量,同时直接生成备选矢量所对应的占空比信息。在此基础上构建扩展控制集,从而提高对转矩和磁链的控制精度。同时构建了倒三角矩阵,有规律的存储备选矢量相应的三个基本电压矢量的占空比信息。求取参考定子电压矢量,继而构造了仅含有定子电压矢量误差项的价值函数,并依据参考定子电压矢量在空间矢量坐标系中的几何位置,直接在目标矢量集合所对应的倒三角矩阵区域进行筛选。
本发明的特点及有益效果是:
(1)本发明设计了一种全新的合成备选矢量的方法结合离散占空比技术,选取两相邻有效矢量与零矢量合成备选矢量,同时直接生成备选矢量所对应的占空比信息。在此基础上构建扩展控制集,从而提高对转矩和磁链的控制精度。
(2)本发明构建了倒三角矩阵,有规律的存储备选矢量相应的三个基本电压矢量的占空比信息。
(3)本发明求取参考定子电压矢量,继而构造了仅含有定子电压矢量误差项的价值函数,并依据参考定子电压矢量在空间矢量坐标系中的几何位置,直接在目标矢量集合所对应的倒三角矩阵区域进行筛选,使得最优矢量的预测过程与占空比计算过程合二为一,提升了所提算法的整体效率,并提高对转矩和磁链的控制精度。
附图说明
图1为永磁同步电机控制系统实施例的原理图。
图2为倒三角矩阵示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明具体实施例及其实施过程如下:
一、构建扩展控制集:
对于永磁同步电机系统中的两电平三相电压源型逆变器具有八个开关状态,八个开关状态对应八个基本电压矢量,八个基本电压矢量分别为六个有效矢量和两个零矢量,从6个有效矢量中选择任意两个相邻的有效矢量并分别记为电压矢量Vn和Vm,再从两个零矢量中选择任意一个记为电压矢量VZ,以三个基本电压矢量合成备选矢量表示为:
Vnm=Vndn+Vmdm+VZdZ (1)
式中,dn,dm和dZ分别表示三个基本电压矢量Vn、Vm和VZ的占空比,满足dn+dm+dZ=1;
将占空比[0,1]区间平均离散成M(M≥2)份,占空比dn,dm,和dZ均有(M+1)种选择;根据条件dn+dm+dZ=1可知,在n和m都确定的情况下,n和m分别表示电压矢量Vn和Vm在基本有效矢量中的序数,包含有由电压矢量Vn和Vm合成的备选矢量Vnm的各基本矢量占空比共有(M+1)(M+2)/2种组合。在电压矢量Vn和Vm确定的情况下,备选矢量的选择个数为(M+1)(M+2)/2;
将这(M+1)(M+2)/2个备选矢量组成备选矢量集合记为
Figure BDA0001881710480000064
Figure BDA0001881710480000065
表示集合中的第y个备选矢量,y=1,2,…,(M+1)(M+2)/2,n和m分别表示电压矢量Vn和Vm在基本有效矢量中的序数;随n和m的不同,共有
Figure BDA0001881710480000061
Figure BDA0001881710480000062
六个集合,将六个集合的总和定义为扩展控制集。
二、倒三角矩阵的构建:
建立倒三角矩阵,如图2所示,其中元素行号用r表示,元素列号用c表示,与合成备选矢量的三个基本电压矢量的占空比dn,dm和dZ之间的关系采用以下公式表示并且规律排布:
Figure BDA0001881710480000063
由此可见,具体实施时只需存储备选矢量在其相对应的倒三角矩阵中的行号和列号信息,就可以在进行筛选最优矢量时快速确定组成该备选矢量的3个基本电压矢量的占空比数值。
倒三角矩阵存储备选矢量集合时,将备选矢量集合中的所有备选矢量按照以下方式规律排列在倒三角矩阵中;
(1)在倒三角矩阵中,位于同一行的备选矢量中占空比数值满足dn相同,dm逐列向右增加,即在备选矢量中,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果逐列向右加强;
(2)在倒三角矩阵中,位于同一列的备选矢量中占空比数值满足dm相同,dn逐行向下增加,即在备选矢量中,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果逐行向下加强;
(3)矩阵中其它备选矢量的作用效果居于有效矢量Vn和Vm的效果之间。
三、参考定子电压矢量的求解:
首先,永磁同步电机的定子电压和电磁转矩分别计算为:
Figure BDA0001881710480000071
Figure BDA0001881710480000072
式中,us表示定子电压矢量,is表示定子电流矢量,ψs表示定子磁链矢量,R表示定子电阻,Te表示电磁转矩,ψr表示转子磁链矢量,δ表示负载角,δ∈(-π/2,π/2);Ld与Lq分别表示永磁同步电机PMSM的d、q轴电感,p表示极对数;
接着,对式(4)中的电磁转矩关于负载角δ求导并离散化处理,计算为:
Figure BDA0001881710480000073
控制|ψs|为恒值,电磁转矩的改变量由负载角的增量计算为;
Δδ=H·[Te(k+1)-Te(k)] (6)
式中,Δδ表示负载角的增量;
且有:
Figure BDA0001881710480000074
要求满足(k+1)Ts时刻的电磁转矩等于电磁转矩参考值
Figure BDA0001881710480000075
Figure BDA0001881710480000076
式中,
Figure BDA0001881710480000077
表示电磁转矩参考值;k表示采样时刻的序数,为整数;
将式(5)代入式(7)再代入到式(6)中,在(k+1)Ts时刻负载角的增量计算为:
Figure BDA0001881710480000078
式中,Te(k)为第kTs时刻的电磁转矩,Δδref(k+1)为第(k+1)Ts时刻的参考负载角的增量;
在(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量计算为以下公式
Figure BDA0001881710480000081
式中,ψs(k+1)表示在第(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量,
Figure BDA0001881710480000082
表示定子磁链参考值;θs(k)表示第kTs时刻定子磁链矢量ψs(k)的空间相位角;θs(k+1)表示第(k+1)Ts时刻定子磁链矢量ψs(k+1)的空间相位角。
对式(3)进行离散处理后再和式(11)联立计算满足无差跟踪控制要求的参考定子电压矢量为:
Figure BDA0001881710480000083
式中,us ref(k+1)表示在第(k+1)Ts时刻的参考定子电压矢量,is(k)表示第kTs时刻的定子电流矢量,
Figure BDA0001881710480000084
表示一个整体矢量,∠前面的
Figure BDA0001881710480000085
表示幅值,∠后面的[θs(k)+Δδref(k+1)]表示相角;Ψs(k)表示第kTs时刻的定子磁链矢量。
四、无权重系数价值函数的构建
无需权重系数的价值函数构建为:
Figure BDA0001881710480000086
式中,
Figure BDA0001881710480000087
是参考定子电压矢量;ui表示扩展控制集中任一的第i个备选矢量;
五、模型预测转矩控制算法:
5.1、根据参考定子电压矢量
Figure BDA0001881710480000088
所在的扇区位置对扩展控制集中的六个备选矢量集合进行初步筛选:
若式(12)计算得到的参考定子电压矢量
Figure BDA0001881710480000089
落在备选矢量集合中由电压矢量Vn和Vm组成的扇区位置时,则备选矢量集合记为
Figure BDA00018817104800000810
中的备选矢量与其他相比,更接近于参考定子电压矢量,作为目标矢量集合。
如当由式(13)计算得到的参考定子电压矢量
Figure BDA00018817104800000811
落在由有效矢量V2和V3组成的空间区域时,则该情况表明备选矢量集合
Figure BDA00018817104800000812
中的备选矢量与其他相比,更接近于参考定子电压矢量。
5.2、在获得目标矢量集合后,利用式(13)对目标矢量集合中的每个备选矢量进行筛选,取价值函数最小的作为最优矢量,最终获取最优矢量及组成其的三个基本电压矢量的占空比对永磁同步电机系统进行无权重预测转矩控制。
具体实施例的控制系统的框图如图1所示。本发明实施例构建了倒三角矩阵,有规律的存储备选矢量相应的三个基本电压矢量的占空比信息。如图2所示为存储备选矢量集合
Figure BDA0001881710480000091
信息相应的倒三角矩阵。具体存储的信息是:当M=10时,生成备选矢量集合
Figure BDA0001881710480000092
所对应的基本电压矢量V2、V3及VZ的相应占空比信息。以元素
Figure BDA0001881710480000093
为例,其行、列号信息依次为r=3,c=8,那么,根据式(2)可求得组成备选矢量的三个基本电压矢量V2、V3及VZ的占空比大小分别依次为0.2,0.7,0.1。
最终求取参考定子电压矢量,继而构造了仅含有定子电压矢量误差项的价值函数,并依据参考定子电压矢量在空间矢量坐标系中的几何位置,直接在目标矢量集合所对应的倒三角矩阵区域进行筛选,最终获取最优矢量及相应的三个基本电压矢量的占空比信息。
综上所述,可以得出:
1)本发明设计了一种全新的合成备选矢量的方法结合离散占空比技术,选取两相邻有效矢量与零矢量合成备选矢量,同时直接生成备选矢量所对应的占空比信息。在此基础上构建扩展控制集,从而提高对转矩和磁链的控制精度。
2)本发明构建了倒三角矩阵,有规律的存储备选矢量相应的三个基本电压矢量的占空比信息。
3)本发明求取参考定子电压矢量,继而构造了仅含有定子电压矢量误差项的价值函数,并依据参考定子电压矢量在空间矢量坐标系中的几何位置,直接在目标矢量集合所对应的倒三角矩阵区域进行筛选,使得最优矢量的预测过程与占空比计算过程合二为一,提升了所提算法的整体效率。
尽管上面结合图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以作出很多变形,这些均属本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法,其特征在于,方法包括以下步骤:
步骤1:构建扩展控制集
对于永磁同步电机系统中的两电平三相电压源型逆变器具有八个开关状态,八个开关状态对应八个基本电压矢量,八个基本电压矢量分别为六个有效矢量和两个零矢量,从6个有效矢量中选择任意两个相邻的有效矢量并分别记为电压矢量Vn和Vm,再从两个零矢量中选择任意一个记为电压矢量VZ,以三个基本电压矢量合成备选矢量表示为:
Vnm=Vndn+Vmdm+VZdZ (1)
式中,dn,dm和dZ分别表示三个基本电压矢量Vn、Vm和VZ的占空比,满足dn+dm+dZ=1;
将占空比[0,1]区间平均离散成M(M≥2)份,占空比dn,dm,和dZ均有(M+1)种选择,在电压矢量Vn和Vm确定的情况下,备选矢量的选择个数为(M+1)(M+2)/2;将这(M+1)(M+2)/2个备选矢量组成备选矢量集合记为
Figure FDA0002401966220000011
表示集合中的第y个备选矢量,y=1,2,…,(M+1)(M+2)/2,n和m分别表示电压矢量Vn和Vm在基本有效矢量中的序数;随n和m的不同,共有
Figure FDA0002401966220000012
Figure FDA0002401966220000013
Figure FDA0002401966220000014
六个集合,将六个集合的总和定义为扩展控制集;
步骤2:倒三角矩阵的构建:用倒三角矩阵中的每个元素的行、列号信息表示组成备选矢量集合中每一个备选矢量的三个基本电压矢量的占空比信息;
步骤3:参考定子电压矢量的求解;
步骤4:无权重系数价值函数的构建;
无需权重系数的价值函数构建为:
Figure FDA0002401966220000015
式中,
Figure FDA0002401966220000016
是参考定子电压矢量;ui表示扩展控制集中任一的第i个备选矢量;
步骤5:简化模型预测转矩控制算法:获得最优矢量,用最优矢量进行无权重预测转矩控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法,其特征在于:
所述的步骤2具体为:建立倒三角矩阵,其中元素行号用r表示,元素列号用c表示,与合成备选矢量的三个基本电压矢量的占空比dn,dm和dZ之间的关系采用以下公式表示并且规律排布:
Figure FDA0002401966220000021
3.根据权利要求2所述的一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法,其特征在于:
所述的步骤2中,倒三角矩阵存储备选矢量集合时,将备选矢量集合中的所有备选矢量按照以下方式规律排列在倒三角矩阵中;
(1)在倒三角矩阵中,位于同一行的备选矢量中占空比数值满足dn相同,dm逐列向右增加,即在备选矢量中,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果逐列向右加强;
(2)在倒三角矩阵中,位于同一列的备选矢量中占空比数值满足dm相同,dn逐行向下增加,即在备选矢量中,电压矢量Vm对电磁转矩的作用效果相同,电压矢量Vn对电磁转矩的作用效果逐行向下加强;
(3)矩阵中其它备选矢量的作用效果居于有效矢量Vn和Vm的效果之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法,其特征在于:
所述步骤3具体为:
首先,永磁同步电机的定子电压和电磁转矩分别计算为:
Figure FDA0002401966220000022
Figure FDA0002401966220000023
式中,us表示定子电压矢量,is表示定子电流矢量,ψs表示定子磁链矢量,R表示定子电阻,Te表示电磁转矩,ψr表示转子磁链矢量,δ表示负载角,δ∈(-π/2,π/2);Ld与Lq分别表示永磁同步电机PMSM的d、q轴电感,p表示极对数;
接着,对式(4)中的电磁转矩关于负载角δ求导并离散化处理,计算为:
Figure FDA0002401966220000024
控制|ψs|为恒值,电磁转矩的改变量由负载角的增量计算为;
Δδ=H·[Te(k+1)-Te(k)] (6)
Figure FDA0002401966220000031
式中,Δδ表示负载角的增量;
要求满足(k+1)Ts时刻的电磁转矩等于电磁转矩参考值
Figure FDA0002401966220000032
Figure FDA0002401966220000033
式中,
Figure FDA0002401966220000034
表示电磁转矩参考值;k表示采样时刻的序数;
将式(5)代入式(7)再代入到式(6)中,在(k+1)Ts时刻负载角的增量计算为:
Figure FDA0002401966220000035
式中,Te(k)为第kTs时刻的电磁转矩,Δδref(k+1)为第(k+1)Ts时刻的参考负载角的增量;
在(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量计算为以下公式
Figure FDA0002401966220000036
式中,ψs(k+1)表示在第(k+1)Ts时刻的定子磁链矢量,
Figure FDA0002401966220000037
表示定子磁链参考值;θs(k)表示第kTs时刻定子磁链矢量ψs(k)的空间相位角;θs(k+1)表示第(k+1)Ts时刻定子磁链矢量ψs(k+1)的空间相位角;
对式(3)进行离散处理后再和式(11)联立计算满足无差跟踪控制要求的参考定子电压矢量为:
Figure FDA0002401966220000038
式中,us ref(k)表示在第kTs时刻的参考定子电压矢量,is(k)表示第kTs时刻的定子电流矢量,
Figure FDA0002401966220000039
表示一个整体矢量,∠前面的
Figure FDA00024019662200000310
表示幅值,∠后面的[θs(k)+Δδref(k+1)]表示相角;ψs(k)表示第kTs时刻的定子磁链矢量。
5.根据权利要求4所述的一种基于离散占空比的永磁电机系统无权重预测转矩控制方法,其特征在于:
所述步骤5具体为:
5.1、根据参考定子电压矢量
Figure FDA00024019662200000311
所在的扇区位置对扩展控制集中的六个备选矢量集合进行初步筛选:
若式(12)计算得到的参考定子电压矢量
Figure FDA00024019662200000312
落在备选矢量集合中由电压矢量Vn和Vm组成的扇区位置时,则备选矢量集合记为
Figure FDA00024019662200000313
中的备选矢量更接近于参考定子电压矢量,作为目标矢量集合;
5.2、在获得目标矢量集合后,利用式(13)对目标矢量集合中的每个备选矢量进行筛选,取价值函数最小的作为最优矢量,最终获取最优矢量及组成其的三个电压矢量的占空比对永磁同步电机系统进行无权重预测转矩控制。
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