CN113014169B - 一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，通过将电流预测过程转变为电压预测过程，再对三相两电平电压源逆变器产生的现有空间电压矢量扇区进行重新划分，并在新划分的扇区基础上又细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域；最后根据矿井电机车所处工况条件的不同，选择合适的共模电压抑制系数来调整两个选择区域所占比重。本发明在满足共模电压抑制效果的条件下，有效的减小了输出电流纹波；设计简单，控制灵活，有效的解决了现有共模电压抑制方法中输出电流纹波大的问题，并且利用新划分的扇区减少了模型预测控制计算量；在抑制矿井电机车驱动系统共模电压的同时，减小驱动系统输出的电流纹波，使电机车运行更加平稳。

Description

一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法
技术领域
本发明涉及矿井电机车共模电压预测控制方法，尤其涉及一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法。
背景技术
近年来，由于矿井电机车具有结构简单、操作方便、安全系数较高、噪声较小、运行稳定等优点被广泛应用于矿井的生产运输过程中，是煤矿生产作业不可或缺的核心运输装备。矿井电机车的驱动系统主要包括蓄电池、能量转换装置和电机负载三部分，其中能量转换装置是驱动系统的核心环节，而基于电力电子器件的逆变器更是能量转换装置中的重要单元，其性能的优劣是保障矿井电机车驱动系统稳定运行的关键因素。
基于PWM调制的三相两电平电压源逆变器通过改变开关器件的导通和关断状态，可实现电能的高质量转换，提高了系统的稳定性和电压利用率，因此被广泛的应用于矿井电机车的能量转换装置中。但是开关器件在高速导通和关断时会产生较大的电压变化率du/dt和电流变化率di/dt，从而在驱动系统中会产生高频高模的共模电压和较强的电磁干扰。高频高模的共模电压会在矿井电机车的电机轴承上感应出高频高模的轴电压,而电机轴承与机架和地之间会存在寄生电容从而产生高频高模的轴电流，轴电流容易对电机的轴承和绝缘材料造成破坏，加之井下的实际环境较为复杂，湿度高、粉尘浓度高、路况颠簸，会大大减少电机的使用寿命，给矿井电机车的运行带来危险和一些不可靠因素。而较强的电磁干扰则会影响电机车上的射频通信仪等电子通讯设备的正常工作，导致矿井电机车出现运送误操作、追尾、闯红灯等安全事故，对机车本身和相关工作人员造成伤害。
模型预测控制不需要使用任何单独的PWM调制模块，控制简单、动态响应快速，在多目标控制和系统约束处理等方面具有很大的优势，许多学者将其用于电机车驱动系统的共模电压抑制技术中去。基于模型预测控制的传统共模电压抑制方法直接去除零矢量，仅使用有效矢量作用，不仅电流纹波大而且开关损耗也高，因此一些学者在此基础上提出了一些改进方法，如专利文件201510724306.6公开的基于两电平逆变器的永磁同步电机模型预测共模电压的抑制方法考虑了开关损耗，但是依然只采用有效矢量进行作用，导致电流纹波过大；专利文件201810688149.1公开的一种电压源逆变器模型预测的共模电压抑制方法考虑了电流纹波问题，将零矢量作为了候选矢量，但是由于存在价值函数寻优过程，计算量大。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种减少寻优过程计算量、减少输出电流纹波的基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法。
技术方案：本发明的矿井电机车共模电压预测控制方法，包括步骤如下：
(1)利用一阶欧拉离散化原理，将永磁同步电机d-q轴下的电流状态方程进行离散化，得到永磁同步电机的电流预测方程；
(2)根据永磁同步电机的电流状态方程对影响驱动系统输出电流纹波大小的原因进行具体分析；
(3)利用无差拍控制原理，将电流预测过程转变为电压预测过程；
(4)对现有两电平的空间电压矢量扇区进行重新划分，利用重新划分的扇区选择最优矢量；
(5)在重新划分的各个电压矢量扇区的基础上，再细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域；
(6)将预测电压矢量转换到α-β轴坐标系下，计算预测电压矢量角度来判断预测电压矢量所在新扇区；再利用区域判断条件，选择逆变器输出的最优电压矢量是零矢量或者有效矢量；
(7)根据矿井电机车工况条件，选择合适的共模电压抑制系数来调整零矢量选择区域和有效矢量选择区域所占比重。
进一步，所述步骤(1)中，永磁同步电机的电流状态方程表达式如下：
Figure BDA0002961562710000021
其中，Lq、Ld为定子电感；R为定子电阻；ωe为转子电角速度；ψf为转子永磁体的磁链；ud为定子电压在d轴的电压分量；uq为定子电压在q轴的电压分量；id为定子电流在d轴的电流分量；iq为定子电流在q轴的电流分量。
设定控制器的控制周期为Ts，将电流状态方程表达式进行一阶欧拉离散化，得到电流预测的表达式：
Figure BDA0002961562710000022
其中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴电流预测值；id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴电流反馈值；ud(k)、uq(k)分别为k时刻要选择输出的d、q轴电压值；ωe(k)为k时刻转子电角速度反馈值。
进一步，所述步骤(2)中，设定控制器的控制周期为Ts，根据电流状态方程得到在一个Ts控制周期内具体的电流纹波大小：
Figure BDA0002961562710000031
其中，ud *、uq *分别为d、q轴给定的电压参考值；由上式算出在一个控制周期Ts内d、q轴电流纹波的具体值，并且能发现导致电流纹波的原因是选择输出的电压矢量与理想给定的目标电压矢量有偏差。
进一步，所述步骤(3)中，利用无差拍原理，将id(k+1)＝id *，iq(k+1)＝iq *代入电流预测表达式后，永磁同步电机电流预测过程表示为电压预测过程的形式：
Figure BDA0002961562710000032
其中，id *、iq *分别为d、q轴给定的电流参考值，ud p、uq p分别为d、q轴电压的预测值；Lq、Ld为定子电感；R为定子电阻；ψf为转子永磁体的磁链；id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴电流反馈值；ωe(k)为k时刻转子电角速度反馈值。
进一步，所述步骤(4)中，将电压矢量扇区按照(11π/6,π/6]、(π/6,π/2]、(π/2,5π/6]、(5π/6,7π/6]、(7π/6,3π/2]、(3π/2,11π/6]划分成新的I—VI扇区；新扇区I-VI中对应最优的有效矢量分别为U1-U6。
进一步，所述步骤(5)中，将6个有效电压矢量的K(0≤K≤0.5)倍点之间连线形成新六边形，新六边形把新划分的扇区细分为两个区域，新六边形内部定义为零矢量选择区域，新六边形之外扇区边缘之内定义为有效矢量选择区域。
进一步，所述步骤(6)中，通过ipark变换，将d-q轴电压矢量转换到α-β轴坐标系：
Figure BDA0002961562710000033
其中，uα p、uβ p分别表示预测的定子电压在α、β轴上的分量；ud p、uq p分别为d、q轴电压的预测值；θe为永磁同步电机输出的电角度，由安装在永磁同步电机上的位置传感器获取；按照公式θu＝arctan(uβ p/uα p)得到预测电压矢量角度，利用预测电压矢量角度θu判断预测电压矢量所在的新扇区；
再根据区域选择条件来具体选择输出的最优矢量为有效矢量或者零矢量，Udc为直流电压，电压矢量U1记为100、U2记为110、U3记为010、U4记为011、U5记为001、U6记为101，各新扇区区域选择条件如下：
扇区I：当uα p≤2KUdc/3时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U1；
扇区II：当
Figure BDA0002961562710000041
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U2；
扇区III：当
Figure BDA0002961562710000042
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U3；
扇区IV：当uα p≥(-2Kudc/3)时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U4；
扇区V：当
Figure BDA0002961562710000043
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U5；
扇区VI：当
Figure BDA0002961562710000044
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U6。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：1、将电流预测过程改为电压预测过程，避免多次的电流预测计算过程，只需预测一次电压值即可，减小了控制器的计算压力；2、根据矿井电机车所处工况条件的不同，通过改变共模电压抑制系数，在满足共模电压抑制效果的前提下减小输出电流纹波，控制简单、灵活、高效。
附图说明
图1为本发明的矿井电机车驱动系统总示意图；
图2为本发明的矿井电机车驱动系统主电路拓扑图；
图3为本发明各个空间电压矢量作用时所对应驱动系统产生的共模电压值示意图；
图4为本发明空间电压矢量分布图；
图5为本发明共模电压抑制方法控制框图；
图6为现有的共模电压抑制方法中永磁同步电机q轴电流输出图；
图7为现有的共模电压抑制方法中驱动系统产生的共模电压示意图；
图8为本发明共模电压抑制系数K＝0.35时对应的新共模电压抑制方法中永磁同步电机q轴电流输出图。
图9为本发明共模电压抑制系数K＝0.35时对应的新共模电压抑制方法中驱动系统产生的共模电压大小图。
附图的符号及标号说明：Udc—直流电压；PMSM—永磁同步电机；O—直流母线中点；N—电机负载中性点；G—电机负载外壳接地点；Sk(k＝1,2,3,4,5,6)—功率开关器件；UNO—逆变器产生的共模电压；Ux(x＝0,1,2,3,4,5,6,7)—逆变器输出的电压矢量；K—共模电压抑制系数；I、II、III、IV、V、VI—扇区编号；ωr *—转子机械角速度参考值；id(q) *—d、q轴电流参考值；id(q)(k)—k时刻采样的d、q轴电流反馈值；ix(k)(x＝a,b,c)—k时刻采样的输出三相电流值；θ(k)—k时刻采样的电机转子位置角度；ωr(k)—k时刻采样的转子机械角速度反馈值；N(kHz)—零矢量的使用频率。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
图1为矿井电机车驱动系统总示意图，图2为主电路拓扑示意图，主电路包括蓄电池、三相两电平电压源逆变器、永磁同步电机。蓄电池输出电压恒定的直流电，电压为Udc；O点为直流母线中点，G点为永磁同步电机外壳接地点，N点为永磁同步电机中性点。系统输出的共模电压被定义为UNG＝UNO+UOG，UNO为电机负载中性点与直流母线中点之间的电势，UOG为直流母线中点与电机外壳接地点之间的电势。但是UOG相对于UNO来说，UOG的值很小，可以忽略不计，因此矿井电机车驱动系统产生的共模电压可以表示为：
Figure BDA0002961562710000051
Figure BDA0002961562710000052
公式(2)中，UAO为逆变器输出侧A点对直流母线中点O的电压值；UBO为逆变器输出侧B点对直流母线中点O的电压值；UCO为逆变器输出侧C点对直流母线中点O的电压值；Sk＝1/0(1代表对应的功率开关器件处于开通状态，0代表对应的功率开关器件处于关断状态)。
图3为各个空间电压矢量作用时所对应驱动系统产生的共模电压值图，具体计算过程是根据公式(1)得到的。从图3中可以看出，当三相两电平电压源逆变器输出零矢量U0或者U7的时候，驱动系统产生的共模电压的幅值是最大的。
图4为本发明空间电压矢量分布图，从图中可知，本发明空间电压矢量分布图将现有空间电压矢量扇区进行了重新划分，新划分的扇区分别是I-VI，并且各个扇区又被各电压矢量的K倍点的连线组成的六边形细分成阴影区域和白色区域。白色区域代表的是零矢量选择区域，当预测电压矢量落在白色区域内部时，三相两电平电压源逆变器输出最优电压矢量—零矢量；阴影区域则代表的是有效矢量选择区域，当预测电压矢量落在阴影区域内部时，三相两电平电压源逆变器输出最优电压矢量—有效矢量。调节共模电压抑制系数K便可调整零矢量选择区域与有效矢量选择区域的相对比重，如此就可以改变零矢量使用频率，从而改变共模电压抑制效果和输出电流纹波大小。
图5为本发明共模电压抑制方法控制框图。具体实施策略如下：
步骤1，获取电流环的给定电流值
利用一阶欧拉离散化原理将永磁同步电机d-q轴下的电流状态方程进行离散化，得到永磁同步电机的电流状态方程表达式：
Figure BDA0002961562710000061
公式(3)中，Lq、Ld为定子电感；R为定子电阻；ωe为转子电角速度；ψf为转子永磁体的磁链；ud为定子电压在d轴的电压分量；uq为定子电压在q轴的电压分量；id为定子电流在d轴的电流分量；iq为定子电流在q轴的电流分量。
设定控制器的控制周期为Ts，将电流状态方程表达式进行一阶欧拉离散化，可以得到电流预测的表达式：
Figure BDA0002961562710000062
公式(4)中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴电流预测值，id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴电流反馈值，ud(k)、uq(k)分别为k时刻要选择输出的d、q轴电压值；ωe(k)为k时刻转子电角速度反馈值。
检测出永磁同步电机的角速度反馈值ωr，与控制系统给定的角速度参考值ωr *做差，经过PI控制器得到q轴电流的参考值iq *，d轴电流参考值id *则一直等于0。
步骤2，对影响驱动系统输出电流纹波大小的原因进行具体分析
根据永磁同步电机的电流状态方程对影响驱动系统输出电流纹波大小的原因进行具体分析。
设定控制器的控制周期为Ts，因此可以根据公式(3)的电流状态方程得到在一个Ts控制周期内具体的电流纹波大小：
Figure BDA0002961562710000071
公式(5)中，ud *、uq *分别为d、q轴给定的电压参考值，并计算出在一个控制周期Ts内d、q轴电流波动的具体值，并且能发现导致电流波动的原因是选择输出的电压矢量与理想给定的目标电压矢量有偏差。在理想条件下，如果输出的电压矢量为理想给定的目标电压矢量，则不会存在电流波动；但是两电平电压源逆变器输出是离散的电压矢量，因此必然会导致电流波动。为了减小电流纹波，要选择输出的电压矢量尽可能接近目标电压矢量。
步骤3，将电流预测过程转换为电压预测过程
现有共模电压抑制方法设计的电流环预测控制器是进行电流预测，需要进行7次寻优过程，计算量非常大。而本发明将电流预测过程转换为电压预测过程，这样只需1次寻优过程即可得到最优输出电压矢量。
利用无差拍原理，将id(k+1)＝id *，iq(k+1)＝iq *代入电流预测表达式后，永磁同步电机电流预测过程表示为电压预测过程的形式。电压预测的计算如下：
Figure BDA0002961562710000072
公式(6)中，id *、iq *分别为d、q轴给定的电流参考值，ud p、uq p分别为d、q轴电压的预测值。
步骤4，选择输出电压矢量
由于现有的两电平空间电压矢量扇区I—VI是按照(0,π/3]、(π/3,2π/3]、(2π/3,π]、(π,4π/3]、(4π/3,5π/3]、(5π/3,2π]划分的，预测得到的电压矢量在现有空间电压矢量扇区中无法直接选择出最优矢量，还需要进行寻优计算。因此将电压矢量扇区按照(11π/6,π/6]、(π/6,π/2]、(π/2,5π/6]、(5π/6,7π/6]、(7π/6,3π/2]、(3π/2,11π/6]划分成新的I—VI。新扇区I-VI中对应最优的有效矢量分别为U1-U6，减少了寻优过程，降低了控制器计算量。
利用图4的空间电压矢量分布图中最优电压矢量选择原理对输出电压矢量进行选择，从而实现在抑制共模电压的前提下减小输出电流纹波的目标。
步骤5，在新划分的各个电压矢量扇区的基础上，再细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域。
将6个有效电压矢量的K(0≤K≤0.5)倍点之间连线形成新的六边形，新六边形把新划分的扇区细分为两个区域，新六边形内部定义为零矢量选择区域，新六边形之外扇区边缘之内定义为有效矢量选择区域并定义K为共模电压抑制系数。
步骤6，将预测电压矢量转换到α-β轴坐标系下，计算预测电压矢量角度来判断预测电压矢量所在新扇区；再利用区域判断条件，选择逆变器输出的最优电压矢量是零矢量或者有效矢量。
利用ipark变换，将d-q轴电压矢量转换到α-β轴坐标系：
Figure BDA0002961562710000081
公式(7)中，uα p、uβ p分别表示预测的定子电压在α、β轴上的分量；θe为永磁同步电机输出的电角度，从安装在永磁同步电机上的位置传感器获取。
按照公式θu＝arctan(uβ p/uα p)得到预测电压矢量角度，利用预测电压矢量角度θu判断预测电压矢量所在的新扇区。
再根据区域选择条件来具体选择输出的最优矢量为有效矢量或者零矢量，各新扇区区域选择条件如下：
扇区I：当uα p≤2KUdc/3时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U1(100)；
扇区II：当
Figure BDA0002961562710000082
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U2(110)；
扇区III：当
Figure BDA0002961562710000083
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U3(010)；
扇区IV：当uα p≥(-2KUdc/3)时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U4(011)；
扇区V：当
Figure BDA0002961562710000084
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U5(001)；
扇区VI：当
Figure BDA0002961562710000085
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U6(101)。
步骤7，根据矿井电机车工况条件，选择合适的共模电压抑制系数来调整零矢量选择区域和有效矢量选择区域所占比重，从而在满足共模电压抑制效果的条件下，有效的减小了输出电流纹波。
针对矿井电机车处于不同的工况条件下，对于驱动系统共模电压抑制程度和输出电流纹波大小的要求也不同。自由调整共模电压抑制系数K来改变零矢量选择区域和有效矢量选择区域所占比重，从而改变零矢量使用的频率。一方面可以改变共模电压的抑制效果另一方面也会改变输出电流纹波大小，最终实现了在保证驱动系统共模电压抑制效果的同时也能减小输出电流纹波的目标。
图6至图9分别为采用实际的具体参数对本发明进行仿真验证的结果，其中永磁同步电机的q轴输出电流等效为电枢电流，因此q轴电流的纹波大小直接影响了电机的性能。仿真参数为：直流电压Udc＝200V，电机绕组电路R＝0.27Ω，Ld＝3.6mH，Lq＝5mH，ψf＝0.14Wb。仿真条件为：永磁同步电机以0r/min初始状态加速至800r/min，系统的采样频率为10kHz，系统的控制频率为10kHz。
图6为现有共模电压抑制方法中永磁同步电机q轴电流输出图。从图中可以发现不仅在电机启动的时候电流纹波就很大，而且当电机达到稳态时电流纹波依然很大，峰峰值达到4A，这样会导致电机侧在运行时产生较大的噪声和转矩脉动，不利于矿井电机车平稳运行。
图7为现有共模电压抑制方法中驱动系统产生的共模电压值图。从图中可以看出，使用现有共模电压抑制方法时共模电压幅值被限制在±Udc/6。
图8为共模电压抑制系数K＝0.35时对应的本发明共模电压抑制方法中永磁同步电机q轴电流输出图。从图中可以发现，不仅电机启动的时候电流纹波有所减小，而且在电机达到稳态时电流峰峰值为2A，较之前的传统抑制方法减小了2A，从而减小电机侧运行时的噪声和转矩脉动，使矿井电机车运行更加平稳。
图9为共模电压抑制系数K＝0.35时对应的本发明共模电压抑制方法中驱动系统产生的共模电压值图。从图中可以看到，因为加入了零矢量的作用，共模电压幅值会出现±Udc/2。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)利用一阶欧拉离散化原理，将永磁同步电机d-q轴下的电流状态方程进行离散化，得到永磁同步电机的电流预测方程；
(2)根据永磁同步电机的电流状态方程对影响驱动系统输出电流纹波大小的原因进行具体分析；
(3)利用无差拍控制原理，将电流预测过程转变为电压预测过程；
(4)以传统空间电压矢量所围成的外六边形的中点为界，按π/3的角度为间隔，对传统空间电压矢量扇区进行重新划分，形成新的空间电压矢量分布图的扇区，利用重新划分的扇区选择最优矢量；
(5)在重新划分的6个空间电压矢量扇区的基础上，再将每一个电压矢量扇区细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域；
(6)将预测电压矢量转换到α-β轴坐标系下，计算预测电压矢量角度来判断预测电压矢量所在新扇区；再利用区域判断条件，选择逆变器输出的最优电压矢量是零矢量或者有效矢量；
(7)根据矿井电机车工况条件，选择合适的共模电压抑制系数来调整零矢量选择区域和有效矢量选择区域所占比重；
所述步骤(4)中，将电压矢量扇区按照(11π/6,π/6]、(π/6,π/2]、(π/2,5π/6]、(5π/6,7π/6]、(7π/6,3π/2]、(3π/2,11π/6]划分成新的I—VI扇区；新扇区I-VI中对应最优的有效矢量分别为U1-U6；
所述步骤(5)中，将6个有效电压矢量的K倍点之间连线形成新六边形，其中0≤K≤0.5，K为共模电压抑制系数，新六边形把新划分的扇区细分为两个区域，新六边形内部定义为零矢量选择区域，新六边形之外扇区边缘之内定义为有效矢量选择区域；
所述步骤(6)中，通过ipark变换，将d-q轴电压矢量转换到α-β轴坐标系：
Figure FDA0003924225230000011
其中，uα p、uβ p分别表示预测的定子电压在α、β轴上的分量；θe为永磁同步电机输出的电角度，由安装在永磁同步电机上的位置传感器获取；ud p、uq p分别为d、q轴电压的预测值；
按照公式θu＝arctan(uβ p/uα p)得到预测电压矢量角度，利用预测电压矢量角度θu判断预测电压矢量所在的新扇区；
再根据区域选择条件来具体选择输出的最优矢量为有效矢量或者零矢量，Udc为直流电压，电压矢量U1记为100、U2记为110、U3记为010、U4记为011、U5记为001、U6记为101，各新扇区区域选择条件如下：
扇区I：当uα p≤2KUdc/3时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U1；
扇区II：当
Figure FDA0003924225230000021
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U2；
扇区III：当
Figure FDA0003924225230000022
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U3；
扇区IV：当uα p≥(-2Kudc/3)时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U4；
扇区V：当
Figure FDA0003924225230000023
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U5；
扇区VI：当
Figure FDA0003924225230000024
时输出最优电压矢量为零矢量，否则输出最优电压矢量为U6。
2.根据权利要求1所述的基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，永磁同步电机的电流状态方程表达式如下：
Figure FDA0003924225230000025
其中，Lq、Ld为定子电感；R为定子电阻；ωe为转子电角速度；ψf为转子永磁体的磁链；ud为定子电压在d轴的电压分量；uq为定子电压在q轴的电压分量；id为定子电流在d轴的电流分量；iq为定子电流在q轴的电流分量；
设定控制器的控制周期为Ts，将电流状态方程表达式进行一阶欧拉离散化，得到电流预测的表达式：
Figure FDA0003924225230000026
其中，id(k+1)、iq(k+1)分别为k+1时刻的d、q轴电流预测值；id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴电流反馈值；ud(k)、uq(k)分别为k时刻要选择输出的d、q轴电压值；ωe(k)为k时刻转子电角速度反馈值。
3.根据权利要求2所述的基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，设定控制器的控制周期为Ts，根据电流状态方程得到在一个Ts控制周期内具体的电流纹波大小：
Figure FDA0003924225230000031
其中，ud *、uq *分别为d、q轴给定的电压参考值；由上式算出在一个控制周期Ts内d、q轴电流纹波的具体值，并且能发现导致电流纹波的原因是选择输出的电压矢量与理想给定的目标电压矢量有偏差。
4.根据权利要求1所述的基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，利用无差拍原理，将id(k+1)＝id *，iq(k+1)＝iq *代入电流预测表达式后，永磁同步电机电流预测过程表示为电压预测过程的形式：
Figure FDA0003924225230000032
其中，id *、iq *分别为d、q轴给定的电流参考值；ud p、uq p分别为d、q轴电压的预测值；Lq、Ld为定子电感；R为定子电阻；ψf为转子永磁体的磁链；id(k)、iq(k)分别为k时刻的d、q轴电流反馈值；ωe(k)为k时刻转子电角速度反馈值。
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