CN109687789B - 一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和参考磁链以及定子磁链的角位置，和下一时刻的定子磁链幅值和转矩值选出六个基本电压矢量预测控制；去掉两个基本电压矢量，加入扇区位置信号判断，选出四个基本电压矢量预测控制；增加一个定子磁链和转矩控制信号，通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值选出四个基本电压矢量改进预测控制；对比获得的六个基本电压矢量、四个基本电压矢量和四个基本电压矢量改进的目标函数值、转矩均方根误差和定子磁链均方根误差，进行转矩预测控制。本发明可以降低转矩脉动和定子磁链脉动，更进一步的好处减少开关表次数。

Description

一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法。

背景技术

直接转矩控制技术基于定子磁链坐标系并直接将转矩作为控制对象，避免了旋转坐标变换时的大量计算以及对电机参数的依赖性，其动态性能好，转矩响应时间短。

表面式永磁同步电机直接转矩预测控制系统中，有六个基本电压矢量和两个零电压矢量，引入评价函数，从转矩误差和定子磁链误差两个方面综合考虑，直接根据定子磁链在静止坐标的角位置，输出评价函数最小的电压矢量。

但是伴随着变量和运算函数，增加了计算运行的时间和复杂程度，故此，提出一种基于逆变器4个基本电压矢量的表面式永磁同步电机模型预测直接转矩控制及改进，进而优化控制系统性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，可以降低转矩脉动和定子磁链脉动，更进一步的好处减少开关表次数。

本发明采用以下技术方案：

一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，包括以下步骤：

S1、通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和参考磁链以及定子磁链的角位置，和下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的六个基本电压矢量预测控制；

S2、去掉两个基本电压矢量，加入一个扇区位置信号判断，再通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量预测控制；

S3、增加一个定子磁链和转矩控制信号，通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量改进预测控制；

S4、对比步骤S1～S3获得的六个基本电压矢量、四个基本电压矢量和四个基本电压矢量改进的目标函数值、转矩均方根误差和定子磁链均方根误差，进行转矩预测控制。

具体的，步骤S1中，根据永磁同步电机电压矢量图确定从原点到六边形六个顶点的六个基本电压矢量V₁～V₆，根据转矩和定子磁链确定出最小目标函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态。

进一步的，六个基本电压矢量V₁～V₆的角度集合α_1-6计算如下：

α_1-6∈{-θ_s(k),60°-θ_s(k),120°-θ_s(k),180°-θ_s(k),240°-θ_s(k),300°-θ_s(k)}

其中，θ_s(k)为静止坐标系下定子磁链角位置。

更进一步的，6个基本电压矢量V₁～V₆的幅值

为：

其中，U_dc为母线电压。

具体的，步骤S4中，目标函数值g计算如下：

其中，T_e ^*为参考转矩，T_e(k+1)为下一时刻的转矩，

为参考定子磁链，

为下一时刻的定子磁链，Δt为电压矢量的作用时间，

为电压矢量，ψ_f为转子磁链，δ为转矩角，α为电压矢量与定子磁链的夹角。

进一步的，步骤S4中，转矩脉动均方根误差T_{rip_RMSE}计算如下：

其中，T_e为当前时刻的转矩，

为参考转矩，n为样本数量。

具体的，步骤S4中，定子磁链脉动均方根误差ψ_{rip_RMSE}计算如下：

其中，ψ_s为当前时刻的定子磁链，

为参考磁链，n为样本数量。

具体的，步骤S4中，评价函数平均值m_ave计算如下：

其中，m为所有的目标函数，n为样本数量。

具体的，步骤S4中，四个基本电压矢量改进预测控制如下：

11状态下，预测控制使用0度，60度，120度和300度电压矢量；

10状态下，预测控制使用0度，240度和300度电压矢量；

01状态下，预测控制使用60度，120度和180度电压矢量；

00状态下，预测控制使用120度，180度，240度和300度电压矢量。

具体的，11状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，3扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}，4扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，5扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，6扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}；

10状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₆}，3扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}，4扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，5扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，6扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}；

01状态下，1扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，2扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，3扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}，4扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁}，5扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂}，6扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}；

00状态下，1扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，3扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}，4扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂、V₃}，5扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，6扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过定子磁链的角位置、转矩脉动和定子磁链脉动的大小，确定下一时刻的基本电压矢量，先从6个基本电压矢量开始分析，再分别考虑扇区判断信号与磁链和转矩的控制信号，逐步的转变为4个基本电压矢量的表面式永磁同步电机直接预测的改进方法，简化系统的选择，降低了转矩脉动，降低了定子磁链脉动，提高了系统的性能。

进一步的，通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和磁链以及定子磁链的角位置，和下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的六个基本电压矢量。

进一步的，去掉两个占比小于10％的基本电压矢量，加入一个扇区位置信号判断，再通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量。

进一步的，再增加一个定子磁链和转矩控制信号，通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量。

进一步的，对比获得的六个基本电压矢量、四个基本电压矢量和四个基本电压矢量改进的目标函数值、转矩均方根误差和定子磁链均方根误差，进行转矩预测控制。

进一步的，综合基本电压矢量的改进预测控制，判断在不同的定子磁链和转矩控制信号下，不同的扇区需要多少个基本电压矢量。

综上所述，本发明可以降低转矩脉动和定子磁链脉动，更进一步的好处减少开关表次数。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为使用6个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制系统图；

图2为使用6个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制控制流程图；

图3为使用4个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制系统图；

图4为使用4个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制控制流程图；

图5为使用4个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制系统改进图；

图6为使用4个基本电压矢量的永磁同步电机预测控制改进控制流程图；

图7为使用6个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量预测控制的转矩脉动对比图；

图8为使用6个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量预测控制的磁链脉动对比图；

图9为使用6个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量预测控制的目标函数对比图；

图10为使用4个基本电压矢量和4个基本电压矢量改进预测控制的转矩脉动对比图；

图11为使用4个基本电压矢量和4个基本电压矢量改进预测控制的磁链脉动对比图；

图12为使用4个基本电压矢量和4个基本电压矢量改进预测控制的目标函数对比图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明提供了一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，首先通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和参考磁链以及定子磁链的角位置，和下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的基本电压矢量。

请参阅图3和图4，去掉两个基本电压矢量，加入一个扇区位置信号判断，再通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的基本电压矢量。

请参阅图5和图6，在4个基本电压矢量的控制系统下，增加一个定子磁链和转矩控制信号，通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的基本电压矢量。

本发明一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，包括以下步骤：

S1、根据永磁同步电机电压矢量图，确定出六个基本电压矢量。再根据转矩和定子磁链，确定令目标函数最小的基本电压矢量，输出该电压矢量的开关状态；

永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择的六边形区域，从原点到六边形六个顶点的电压矢量即为6个基本电压矢量(V₁～V₆)，其幅值固定为：

其中，U_dc为母线电压

在定子磁链坐标系下，6个备选电压矢量角度集合如下：

α_1-6∈{-θ_s(k),60°-θ_s(k),120°-θ_s(k),180°-θ_s(k),240°-θ_s(k),300°-θ_s(k)}

其中，θ_s(k)为静止坐标系下定子磁链角位置。

根据转矩和定子磁链，确定出最小目标函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态。

施加电压矢量后，磁链和转矩变化如式(1)和(2)所示。

其中，T_e ^*为参考转矩，T_e(k+1)为下一时刻的转矩，

为参考定子磁链，

为下一时刻的定子磁链，Δt为电压矢量的作用时间，

为电压矢量，ψ_f为转子磁链，δ为转矩角，α为电压矢量与定子磁链的夹角。

预测控制目标函数如下：

转矩脉动均方根误差如式(4)所示：

其中，T_e为当前时刻的转矩，

为参考转矩，n为样本数量。

定子磁链脉动均方根误差如式(5)所示：

其中，ψ_s为当前时刻的定子磁链，

为参考磁链，n为样本数量。

评价函数平均值如式(6)所示：

其中，m为所有的目标函数，n为样本数量。

S2、与使用6个基本电压矢量相比，每个扇区省去两个使用较少的电压矢量，对控制性能有一定的影响，且需要扇区判断，但运算量会较大减少。同时再增加一个扇区位置信号，根据转矩和定子磁链，确定出最小目标函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态；

S3、在4个基本电压矢量的基础上，增加一个磁链和转矩的控制信号，输出该电压矢量的开关状态。

增加一个磁链和转矩的控制信号，根据转矩和定子磁链，确定出最小目标函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态，

S4、对比以上三种六个基本电压矢量、四个基本电压矢量和四个基本电压矢量的改进的目标函数值、转矩均方根误差和定子磁链均方根误差。

四个基本电压矢量改进的控制策略如下：

11状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，3扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}，4扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，5扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，6扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}。此时预测控制使用0度，60度，120度和300度电压矢量。

10状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₆}，3扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}，4扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，5扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，6扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}。此时预测控制使用0度，240度和300度电压矢量。

01状态下，1扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，2扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，3扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}，4扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁}，5扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂}，6扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}。此时预测控制使用60度，120度和180度电压矢量。

00状态下，1扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，3扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}，4扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂、V₃}，5扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，6扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}。此时预测控制使用120度，180度，240度和300度电压矢量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

表面式永磁同步电机系统仿真参数如下：

采样周期为5×10^-5s；参考转速初始值为30rpm，0.5s时阶跃至60rpm；负载转矩初始为10N·m，1s时阶跃至30N·m；参考定子磁链幅值为0.3Wb；转矩滞环宽度为0.02N·m；定子磁链幅值滞环宽度为0.002Wb，仿真用电机参数如表1-1所示。

表1-1仿真用表面式永磁同步电机参数

参数	数值
		定子电阻R<sub>s</sub>/Ω	0.2
d轴电感L<sub>d</sub>/H	0.0085
		q轴电感L<sub>q</sub>/H	0.0085
转子磁链ψ<sub>f</sub>/Wb	0.175
		极对数p	4
转动惯量J/kg·m<sup>2</sup>	0.089
		粘滞阻尼F/N·m·s	0.005

在六个基本电压矢量预测控制下，仿真评价结果如表1-2所示：

表1-2仿真评价结果

转矩RMSE	磁链RMSE	m平均值	开关次数
				1.3065	0.0052	0.0655	93940

使用6个基本电压矢量预测控制下，不同扇区电压矢量使用情况如表1-3所示：

表1-3使用6个基本电压矢量预测控制每个扇区内电压矢量使用占比

θ<sub>1</sub>

θ<sub>2</sub>

θ<sub>3</sub>

θ<sub>4</sub>

θ<sub>5</sub>

θ<sub>6</sub>

V<sub>1</sub>

9.01％

23.23％

15.49％

8.48％

25.40％

16.59％

V<sub>2</sub>

18.60％

9.81％

23.06％

15.49％

8.47％

27.77％

V<sub>3</sub>

24.93％

16.98％

9.33％

23.29％

15.83％

8.41％

V<sub>4</sub>

8.23％

26.04％

17.60％

9.30％

23.10％

13.99％

V<sub>5</sub>

16.93％

9.04％

25.81％

17.55％

9.43％

23.48％

V<sub>6</sub>

22.30％

14.90％

8.72％

25.90％

17.78％

9.76％

由表1-3可知，1扇区主要选择V₂、V₃、V₅、V₆，2扇区主要选择V₃、V₄、V₆、V₁，3扇区主要选择V₄、V₅、V₁、V₂，4扇区主要选择V₅、V₆、V₂、V₃，5扇区主要选择V₆、V₁、V₃、V₄，6扇区主要选择V₁、V₂、V₄、V₅，即预测控制主要使用60度，120度，240度和300度电压矢量，将备选电压矢量个数缩小至4个，需要增加扇区信号的判断。

根据表1-3的分析结果，与使用6个基本电压矢量相比，每个扇区省去两个使用较少的电压矢量，变成了4个基本电压矢量，对控制性能有一定的影响，且需要扇区判断。仿真评价结果如表2-1所示。

表2-1仿真评价结果

转矩RMSE	磁链RMSE	m平均值	开关次数
				1.4192	0.0051	0.0733	50170

使用开关表控制、6个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量预测控制的仿真结果评价如表2-2。

表2-2仿真评价结果

使用4个基本电压矢量预测控制下，不同扇区电压矢量使用情况如表2-3所示。

表2-3使用4个基本电压矢量预测控制每个扇区内电压矢量使用占比

使用4个基本电压矢量预测控制下，不同扇区不同状态下电压矢量使用情况如表3-1所示。

表3-1使用4个基本电压矢量预测控制不同扇区不同状态下电压矢量使用占比

使用6个基本电压矢量预测控制下，不同扇区不同状态下电压矢量使用情况如表3-2所示。

表3-2使用基本电压矢量预测控制不同扇区不同状态下电压矢量使用占比

由表3-2可知：

11状态下，1扇区主要选择V₁、V₂、V₃、V₆，2扇区主要选择V₁、V₂、V₃、V₄，3扇区主要选择V₂、V₃、V₄、V₅，4扇区主要选择V₃、V₄、V₅、V₆，5扇区主要选择V₄、V₅、V₆、V₁，6扇区主要选择V₅、V₆、V₁、V₂，即预测控制主要使用0度，60度，120度和300度电压矢量。

10状态下，1扇区主要选择V₁、V₅、V₆，2扇区主要选择V₁、V₂、V₆，3扇区主要选择V₁、V₂、V₃，4扇区主要选择V₂、V₃、V₄，5扇区主要选择V₃、V₄、V₅，6扇区主要选择V₄、V₅、V₆，即预测控制主要使用0度，240度和300度电压矢量。

01状态下，1扇区主要选择V₂、V₃、V₄，2扇区主要选择V₃、V₄、V₅，3扇区主要选择V₄、V₅、V₆，4扇区主要选择V₅、V₆、V₁，5扇区主要选择V₆、V₁、V₂，6扇区主要选择V₁、V₂、V₃，即预测控制主要使用60度，120度和180度电压矢量。

00状态下，1扇区主要选择V₃、V₄、V₅、V₆，2扇区主要选择V₄、V₅、V₆、V₁，3扇区主要选择V₅、V₆、V₁、V₂，4扇区主要选择V₆、V₁、V₂、V₃，5扇区主要选择V₁、V₂、V₃、V₄，6扇区主要选择V₂、V₃、V₄、V₅，即预测控制主要使用120度，180度，240度和300度电压矢量。

由表1-3得出的选择方法1扇区选择集合为{V₂、V₃、V₅、V₆}，2扇区主要选择{V₃、V₄、V₆、V₁}，3扇区主要选择{V₄、V₅、V₁、V₂}，4扇区主要选择{V₅、V₆、V₂、V₃}，5扇区主要选择{V₆、V₁、V₃、V₄}，6扇区主要选择{V₁、V₂、V₄、V₅}，存在一定的不足，其只是根据4个电压矢量的占比进行了取舍，但未考虑到在每种状态下，选择电压矢量的占比是变化的。

以1扇区为例，整体分析，电压矢量V₂、V₃、V₅、V₆选择的占比最大，这也间接证明了开关表选择的正确。但在11状态时，V₁、V₂、V₃、V₆选择比例最大，10状态时，V₁、V₅、V₆选择比例最大，01状态时，V₂、V₃、V₄选择比例最大，00状态时，V₃、V₄、V₅、V₆选择比例最大。因此，可以增加系统状态的判断，进一步细化电压矢量选择集合，这样在11和00状态，可以有更好的电压矢量选择(11状态时，使用V₁代替V₅，11状态时，使用V₄代替V₂)，在10和01状态时，既有最优的电压矢量选择，也减小了运算时间(10状态时，使用V₁代替V₂和V₃，01状态时，使用V₄代替V₅和V₆)。

加入定子磁链和转矩控制信号的判断，使用4个基本电压矢量改进预测控制下，不同扇区电压矢量使用情况如表3-3所示。

表3-3使用4个基本电压矢量改进预测控制每个扇区内电压矢量使用占比

θ<sub>1</sub>

θ<sub>2</sub>

θ<sub>3</sub>

θ<sub>4</sub>

θ<sub>5</sub>

θ<sub>6</sub>

V<sub>1</sub>

9.19％

26.46％

12.26％

8.94％

27.05％

14.93％

V<sub>2</sub>

16.04％

9.08％

25.91％

12.87％

9.36％

29.56％

V<sub>3</sub>

27.11％

14.82％

9.57％

25.54％

12.51％

8.42％

V<sub>4</sub>

9.13％

28.62％

15.09％

9.47％

25.99％

11.54％

V<sub>5</sub>

12.98％

8.79％

27.97％

15.29％

9.42％

26.59％

V<sub>6</sub>

25.55％

12.23％

9.20％

27.87％

15.67％

8.96％

使用4个基本电压矢量改进预测控制，不同扇区不同状态下电压矢量使用情况如表3-4所示。

表3-4使用4个基本电压矢量改进预测控制不同扇区不同状态下电压矢量使用占比

由表3-4可知，所选的电压矢量占比未出现某个选择电压矢量占比较少的情形，对电压矢量利用率较高。

使用开关表控制、6个基本电压矢量预测控制、4个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量改进预测控制的仿真结果评价如表3-5所示。

表3-5仿真评价结果

请参阅图7、图8和图9以及表3-5，从转矩脉动、定子磁链脉动、目标函数的平均值和开关表次数来看，除了开关次数，4个基本电压矢量预测控制稍逊于6个基本电压矢量预测控制。

请参阅图10、图11和图12，从转矩脉动、定子磁链脉动、目标函数的平均值和开关表次数来看，4个基本电压矢量改进预测控制优于6个基本电压矢量预测控制，不仅降低转矩和定子磁链脉动，而且还大幅度地减少了开关表次数。

综上所述，得出如下结论：

1、4个基本电压矢量改进预测控制的控制效果最优，开关次数最小，且运算量最小，但需要判断定子磁链扇区及磁链和转矩滞环比较信号。

2、理论上，6个基本电压矢量预测控制的控制效果应该最优，4个基本电压矢量预测控制和4个基本电压矢量改进预测控制的选择电压矢量集合均为其子集。但预测控制理论计算模型忽略定子电阻压降、转子磁链运动，使得4个基本电压矢量改进预测控制的实际效果最优。

3、采用基本电压矢量控制的理想控制方法为4个基本电压矢量改进预测控制。

11状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，3扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}，4扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，5扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，6扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}。此时预测控制使用0度，60度，120度和300度电压矢量。

10状态下，1扇区选择集合为{V₁、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₆}，3扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}，4扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，5扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，6扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}。此时预测控制使用0度，240度和300度电压矢量。

01状态下，1扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，2扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，3扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}，4扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁}，5扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂}，6扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}。此时预测控制使用60度，120度和180度电压矢量。

00状态下，1扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，3扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}，4扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂、V₃}，5扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，6扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}。此时预测控制使用120度，180度，240度和300度电压矢量。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和参考磁链以及定子磁链的角位置，和下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的六个基本电压矢量预测控制；

S2、去掉两个基本电压矢量，加入一个扇区位置信号判断，再通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量预测控制；

S3、增加一个定子磁链和转矩控制信号，通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值，选出g值最小的四个基本电压矢量改进预测控制；

S4、对比步骤S1～S3获得的六个基本电压矢量、四个基本电压矢量和四个基本电压矢量改进的目标函数值、转矩均方根误差和定子磁链均方根误差，进行转矩预测控制；

目标函数值g计算如下：

其中，T_e ^*为参考转矩，T_e(k+1)为下一时刻的转矩，

为参考定子磁链，

为下一时刻的定子磁链，Δt为电压矢量的作用时间，

为电压矢量，ψ_f为转子磁链，δ为转矩角，α为电压矢量与定子磁链的夹角；

转矩脉动均方根误差T_{rip_RMSE}计算如下：

其中，T_e为当前时刻的转矩，

为参考转矩，n为样本数量；

定子磁链脉动均方根误差ψ_{rip_RMSE}计算如下：

其中，

为当前时刻的定子磁链，

为参考磁链，n为样本数量；评价函数平均值m_ave计算如下：

其中，m为所有的目标函数，n为样本数量；

四个基本电压矢量改进预测控制如下：

11状态下，预测控制使用0度，60度，120度和300度电压矢量，1扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，3扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}，4扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，5扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，6扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}；

10状态下，预测控制使用0度，240度和300度电压矢量，1扇区选择集合为{V₁、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₁、V₂、V₆}，3扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}，4扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，5扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，6扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}；

01状态下，预测控制使用60度，120度和180度电压矢量，1扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄}，2扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅}，3扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆}，4扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁}，5扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂}，6扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃}；

00状态下，预测控制使用120度，180度，240度和300度电压矢量，1扇区选择集合为{V₃、V₄、V₅、V₆}，2扇区选择集合为{V₄、V₅、V₆、V₁}，3扇区选择集合为{V₅、V₆、V₁、V₂}，4扇区选择集合为{V₆、V₁、V₂、V₃}，5扇区选择集合为{V₁、V₂、V₃、V₄}，6扇区选择集合为{V₂、V₃、V₄、V₅}。

2.根据权利要求1所述的基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，其特征在于，步骤S1中，根据永磁同步电机电压矢量图确定从原点到六边形六个顶点的六个基本电压矢量V₁～V₆，根据转矩和定子磁链确定出最小目标函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态。

3.根据权利要求2所述的基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，其特征在于，六个基本电压矢量V₁～V₆的角度集合α_1-6计算如下：

α_1-6∈{-θ_s(k),60°-θ_s(k),120°-θ_s(k),180°-θ_s(k),240°-θ_s(k),300°-θ_s(k)}

其中，θ_s(k)为静止坐标系下定子磁链角位置。

4.根据权利要求3所述的基于逆变器基本电压矢量预测直接转矩控制的方法，其特征在于，6个基本电压矢量V₁～V₆的幅值

为：

其中，U_dc为母线电压。

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