CN110176893A - 一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，该方法首先对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、转子旋转电角速度ωe与转子电角度θe进行采样；然后根据旋转电机的离散状态空间方程与d‑q轴参考电流计算旋转参考电压矢量根据两相旋转到两相静止的逆PARK变换，计算出静止参考电压矢量将静止参考电压矢量投影到固定空间电压矢量中，根据每个电压矢量作用范围将整个空间划分为7个扇区，并根据的位置选择对应的电压矢量输入到逆变器。本发明可以在显著减小永磁同步电机模型预测电流控制计算量的基础上可以获得与传统模型预测电流控制完全相同的控制性能。

Description

一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法
技术领域
本发明属于电机驱动与控制技术领域，尤其涉及一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法。
背景技术
模型预测电流控制是一种性能良好的永磁同步电机驱动策略。由于其响应速度快、控制结构简单，适用于多目标优化与多约束系统的控制，近些年在电机控制领域获得了极大的关注与应用。
模型预测电流控制的最大局限性是庞大的计算量。传统的模型预测电流控制包含两个部分，状态变量预测值的计算与对应的成本函数的计算。随着控制系统状态变量的增多，如多电机控制，系统计算量将呈几何级数增长，限制了模型预测电流控制在该领域的应用。
发明内容
发明目的：本发明提出了一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，用于电力驱动领域。该方法是对传统永磁同步电机模型预测电流控制的简化与改进，在保持控制性能不变的同时，能够显著地减小计算量。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，其驱动系统包括一台三相表贴式永磁同步电机和三相电压源型逆变器以及采样控制单元。其中，表贴式永磁同步电机作为受控单元，三相电压源型逆变器作为功率模块以驱动受控单元，采样控制单元从受控单元采集相关机械量和电气量，经过一定运算选择最优的控制矢量输入到逆变器，完成模型预测电流控制使得电机获得良好的运行性能；所述方法包括如下步骤：
(1)对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、转子旋转电角速度ωe与转子电角度θe进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq：
将其与d-q轴参考电流代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，如下所示：
计算出旋转参考电压矢量其中Rs，Ls，Ts，ψpm分别是电机定子电阻，定子电感，采样周期，转子永磁体磁链；
(3)根据两相旋转到两相静止的逆PARK变换，计算出静止参考电压矢量
(4)将静止参考电压矢量投影到固定的空间电压矢量中，U0～U7，包含六个有效电压矢量与两个零矢量，根据每个电压矢量的作用范围将整个空间划分为七个扇区Sector 0～Sector 6。每个扇区Sector n都对应着唯一电压矢量Un，扇区Sector 0则对应两个零矢量(U0，U7)，n＝1～6；如说明书附图2所示。当静止参考电压矢量位于扇区Sector n时，n＝1～6，选择电压矢量Un，当位于扇区Sector 0时，零矢量(U0，U7)的选择遵循使逆变器动作次数最少的原则。最后将选择的电压矢量Un，n＝0～7输入到逆变器功率模块，通过控制逆变器桥臂的通断施加给电机对应的定子电压，以完成对永磁同步电机的控制，使电机获得良好的运行性能。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)在不改变永磁同步电机驱动性能的前提下，所提的单步预测电流控制方法可以显著地减小计算量；
(2)该方法在减小计算量的同时，也提高了模型预测电流控制在电力驱动领域的应用范围，尤其是多电机协调控制。
附图说明
图1是表贴式永磁同步电机驱动系统结构图；
图2是静止参考电压矢量的分布图；
图3是传统永磁同步电机模型预测电流控制的实验结果；
图4是单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制的实验结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如附图1所示，本发明实施例公开的一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，控制系统包含一台三相表贴式永磁同步电机、三相电压源型逆变器以及采样控制单元；具体的单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法包括如下步骤：
(1)对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、转子旋转电角速度ωe与转子电角度θe进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq，将其与d-q轴参考电流代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，计算出旋转参考电压矢量
(3)根据两相旋转到两相静止的逆PARK变换，计算出静止参考电压矢量
(4)将静止参考电压矢量投影到固定的空间电压矢量中，U0～U7，包含六个有效电压矢量与两个零矢量，根据每个电压矢量的作用范围将整个空间划分为七个扇区Sector 0～Sector 6。每个扇区Sector n(n＝1～6)都对应着唯一电压矢量Un，扇区Sector0则对应两个零矢量(U0，U7)，如说明书附图2所示。当静止参考电压矢量位于扇区Sector n(n＝1～6)时，选择电压矢量Un，当位于扇区Sector 0时，零矢量(U0，U7)的选择遵循使逆变器动作次数最少的原则。最后将选择的电压矢量Un(n＝0～7)输入到逆变器，通过逆变器桥臂的通断施加电机对应的定子电压，以完成对永磁同步电机的控制，使电机获得良好的运行性能。如说明书附图2所示，当静止参考电压矢量位于Sector 3中的Q1点时，选择U3作为控制矢量。当位于Sector 0中的Q2点时，根据前述方法，U0或U7应该被选择作为控制矢量。
为了验证本发明的效果，进行了实验。图1是表贴式永磁同步电机驱动系统；图2是静止参考电压矢量的分布图；图3是传统永磁同步电机模型预测电流控制的实验结果；图4是单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制的实验结果。图3、图4实验结果表明本发明提出的单步预测电流控制与传统模型预测电流控制具有几乎完全一样的控制性能，而且可以显著地降低计算量。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (2)

1.一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，该模型包括一台三相表贴式永磁同步电机、三相电压源型逆变器以及采样控制单元，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)通过采集控制单元对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、转子旋转电角速度ωe与转子电角度θe进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq：
将其与d-q轴参考电流代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，如下所示：
计算出旋转参考电压矢量其中Rs，Ls，Ts，ψpm分别是电机定子电阻，定子电感，采样周期，转子永磁体磁链；
(3)根据两相旋转到两相静止的逆PARK变换，计算出静止参考电压矢量
(4)将静止参考电压矢量投影到固定的空间电压矢量中，根据每个电压矢量的作用范围将整个空间划分为七个扇区，根据静止参考电压位于的扇区选择对应的电压，并将所选择的电压输入到逆变器功率模块，以完成对永磁同步电机的控制。
2.根据权利要求1所述的一种单步预测的永磁同步电机模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤(4)的具体方法如下：将静止参考电压矢量投影到固定的空间电压矢量U0～U7中，包含六个有效电压矢量与两个零矢量，根据每个电压矢量的作用范围将整个空间划分为七个扇区Sector 0～Sector 6；当n＝1～6时，每个扇区Sector n都对应着唯一电压矢量Un；当n＝0时，扇区Sector 0则对应两个零矢量(U0，U7)；当静止参考电压矢量位于扇区Sector n时，且n＝1～6，选择电压矢量Un，当位于扇区Sector 0时，且n＝0时，零矢量(U0，U7)的选择遵循使逆变器动作次数最少的原则；最后将选择的电压矢量Un，n＝0～7输入到逆变器功率模块，通过控制逆变器桥臂的通断施加给电机对应的定子电压，以完成对永磁同步电机的控制。
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