CN113206626B - 一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质，该方法包括：获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；基于离散空间矢量调制技术合成电压矢量序列，并在电压矢量序列的作用下，获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，以及定子电流的离散时间函数；根据离散时间函数和目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。由于此种控制方法引入了离散空间矢量调制技术，能够合成大量的电压矢量，在此条件下就可以使得三相永磁同步电机的转矩脉动和磁链脉动进一步减少，并由此减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。

Description

一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及电力电子与电机传动技术领域，特别涉及一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质。
背景技术
三相永磁同步电机因其具有占地面积小、功率因素高、启动时间短和过载能力强等优点，在实际生活中得到了十分广泛的应用。在现有技术中，为了使得三相永磁同步电机具有较高的运行性能，一般是利用FCS-MPS(Finite Control Set-Model PredictiveControl，有限控制集模型预测控制)方法来对三相永磁同步电机进行控制，但是，此种控制方法只是利用三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量作为控制变量来对三相永磁同步电机进行控制，这样就会使得三相永磁同步电机输出的电流谐波较大。目前，针对上述技术问题，还没有较为有效的解决办法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质，以减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。其具体方案如下：
一种三相永磁同步电机的控制方法，包括：
获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
基于离散空间矢量调制技术，利用所述8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；
在所述电压矢量序列的作用下，获取所述三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
根据所述离散时间函数和所述目标数学模型获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制。
优选的，对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数的过程，包括：
利用前向欧拉法对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的所述离散时间函数。
优选的，还包括：
在所述目标预测模型中，将所述三相永磁同步电机在第k时刻的电磁转矩和定子磁链作为所述三相永磁同步电机在第k+2时刻的电磁转矩和定子磁链；其中，k为任意正整数。
优选的，所述利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制的过程，包括：
利用代价函数确定所述目标预测模型的目标最优电压矢量，并利用所述目标最优电压矢量对所述三相永磁同步电机进行控制。
优选的，还包括：
从所述电压矢量序列中筛选位于所述8个基本电压矢量中任意两个基本电压矢量的角平分线上且距离中心电压矢量最近的电压矢量，得到第一候选电压矢量；其中，所述中心电压矢量为所述8个基本电压矢量中处于中心位置处的电压矢量；
在所述第一候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第一预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第一预测子模型的第一局部最优电压矢量，并确定所述第一局部最优电压矢量在所述电压矢量序列中所处的目标扇区；
筛选所述目标扇区中除去所述第一局部最优电压矢量之外的其它电压矢量，得到第二候选电压矢量；
在所述第二候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第二预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第二预测子模型的第二局部最优电压矢量，并根据所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量确定所述目标最优电压矢量。
优选的，所述根据所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量确定所述目标最优电压矢量的过程，包括：
将所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量分别输入至所述代价函数，得到第一代价值和第二代价值；
若所述第一代价值小于等于所述第二代价值，则将所述第一局部最优电压矢量判定为所述目标最优电压矢量；
若所述第一代价值大于所述第二代价值，则将所述第二局部最优电压矢量判定为所述目标最优电压矢量。
相应的，本发明还公开了一种三相永磁同步电机的控制装置，包括：
基本矢量获取模块，用于获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
电压矢量合成模块，用于基于离散空间矢量调制技术，利用所述8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；
时间函数获取模块，用于在所述电压矢量序列的作用下，获取所述三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
同步电机控制模块，用于根据所述离散时间函数和所述目标数学模型获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制。
相应的，本发明还公开了一种三相永磁同步电机的控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
可见，在本发明中，首先是获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量，并基于离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；然后，再在电压矢量序列的作用下，获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；最后，再根据离散时间函数和目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。相较于现有技术而言，由于此种控制方法引入了离散空间矢量调制技术，能够合成大量的电压矢量，在此条件下就可以使得三相永磁同步电机的转矩脉动和磁链脉动进一步减少，并由此减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。相应的，本发明所提供的一种三相永磁同步电机的控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的两电平电压源逆变器的拓扑结构图；
图3为两电平电压源逆变器中8个开关管状态所对应的8个基本电压矢量的示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种目标最优电压矢量的确定方法的流程图；
图5为一个采样周期Ts被分为4等份时，由8个基本电压矢量所合成的电压矢量序列分布示意图；
图6为目标扇区的示意图；
图7为三相永磁同步电机在额定负载1.27Nm，以额定转矩3000r/min带载起动工况下，利用三种控制方法的仿真输出波形图；
图8为三相永磁同步电机在额定负载1.27Nm，以额定转矩1000r/min带载起动工况下，在0.1s时转速增加为3000r/min的工况所得到的示意图；
图9为三相永磁同步电机在以1000r/min转速带0.635Nm启动，0.1s时突加负载为1.27Nm的工况下三种控制方法的仿真波形图；
图10为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制装置的结构图；
图11为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制设备的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制方法的流程图，该控制方法包括：
步骤S11：获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
步骤S12：基于离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；
步骤S13：在电压矢量序列的作用下，获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
步骤S14：根据离散时间函数和目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。
在本实施例中，是提供了一种三相永磁同步电机的控制方法，利用该控制方法可以显著减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。具体的，在该控制方法中，首先是获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量，然后，再基于离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量合成大量的虚拟电压矢量，得到电压矢量序列。其中，电压矢量序列包括基本电压矢量和虚拟电压矢量。
请参见图2，图2为本发明实施例所提供的两电平电压源逆变器的拓扑结构图，在该两电平电压源逆变器中共有三组桥臂，每组桥臂中各有上下两个开关管，为了保证两电平电压源逆变器在运行过程中的安全性以及可靠性，不允许两电平电压源逆变器中各个桥臂上的上下两个开关管同时导通。在通常情况下，将位于同一桥臂上的上开关管导通、下开关管关断定义为状态1，上开关管关断、下开关管导通定义为状态0，所以，基于两电平电压源逆变器的工作原理将会得到8个不同的开关管状态。其中，开关管状态S可以由以下方程表示：
Figure BDA0003101698490000061
式中，a＝ei2π/3，
Figure BDA0003101698490000062
请参见图3，图3为两电平电压源逆变器中8个开关管状态所对应的8个基本电压矢量的示意图。在图3所示的基本电压矢量图中，8个基本电压矢量可由开关管状态S表示为：
V＝VdcS；
式中，V为基本电压矢量，Vdc为三相永磁同步电机的直流母线电压，S为开关管状态。
在本实施例中，由离散空间矢量调制技术所产生的电压矢量序列可以看作是8个基本电压矢量在一个采样周期内所合成电压矢量的集合。实际上，电压矢量序列是将一个采样周期分为若干份，在每个等份时间内只作用一个基本电压矢量的结果。很显然，采样周期划分的份数越多，虚拟电压矢量的个数就越多。如果一个采样周期Ts被分为N等份，则合成的虚拟电压矢量的表达式为：
Figure BDA0003101698490000063
式中，Vj∈{V0…V7}。
需要说明的是，在本实施例中，用于合成的基本电压矢量作用时间均为Ts/N，此时，电压矢量序列中所有电压矢量的个数n与等份数N有关，其数学表达式为：
n＝3N2+3N+2
当获取得到电压矢量序列之后，则获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对三相永磁同步电机的目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数。
其中，三相永磁同步电机在dq坐标系下目标数学模型的表达式为：
Figure BDA0003101698490000071
式中，ud和uq为三相永磁同步电机在dq轴上的定子电压分量，id和iq为三相永磁同步电机在dq轴上的定子电流分量，ψd和ψq为三相永磁同步电机在dq轴上的磁链分量，p为三相永磁同步电机的极对数，ψf为定子磁链，Rs为定子电阻，ω为电角速度，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，为互感。
需要说明的是，如果三相永磁同步电机为表贴式永磁同步电机，那么三相永磁同步电机的Ld＝Lq＝Ls，此时，三相永磁同步电机的磁链方程为：
Figure BDA0003101698490000072
式中，ψd和ψq为三相永磁同步电机在dq轴上的磁链分量，id和iq为三相永磁同步电机在dq轴上的定子电流分量，ψf为定子磁链。
当获取得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数和三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型之后，则利用三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数和三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。
可以理解的是，由于通过本实施例所提供的控制方法引入了离散空间矢量调制技术，这样就能够根据8个基本电压矢量合成大量的电压矢量，在此条件下就可以使得三相永磁同步电机的转矩脉动和磁链脉动进一步减少，并由此减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。
可见，在本实施例中，首先是获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量，并基于离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；然后，再在电压矢量序列的作用下，获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；最后，再根据离散时间函数和目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。相较于现有技术而言，由于此种控制方法引入了离散空间矢量调制技术，能够合成大量的电压矢量，在此条件下就可以使得三相永磁同步电机的转矩脉动和磁链脉动进一步减少，并由此减少三相永磁同步电机所输出的电流谐波。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数的过程，包括：
利用前向欧拉法对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数。
具体的，在本实施例中，是利用前向欧拉法对三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型进行离散化，来得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数。其中，利用前向欧拉法对目标数学模型进行离散化所得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数的表达式为：
Figure BDA0003101698490000081
式中，Ts为采样周期，Rs为定子电阻，ψf为定子磁链，
Figure BDA0003101698490000082
和
Figure BDA0003101698490000083
为控制量，
Figure BDA0003101698490000084
和
Figure BDA0003101698490000085
为变化量，wk为采样时刻的转速，上标k表示控制量或变化量在某一时刻的值。比如：
Figure BDA0003101698490000086
是指id在k时刻的取值。
基于三相永磁同步电机定子电流离散时间函数的表达式，再根据三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，就可以得到三相永磁同步电机在k+1时刻有关电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，也即：
Figure BDA0003101698490000091
式中，
Figure BDA0003101698490000092
为k+1采样时刻的电磁转矩，
Figure BDA0003101698490000093
为k+1采样时刻的定子磁链，
Figure BDA0003101698490000094
为k+1采样时刻的d轴磁链，
Figure BDA0003101698490000095
为k+1采样时刻的q轴磁链，p为三相永磁同步电机的极对数，ψf为定子磁链，Rs为定子电阻。
作为一种优选的实施方式，上述三相永磁同步电机的控制方法还包括：
在目标预测模型中，将三相永磁同步电机在第k时刻的电磁转矩和定子磁链作为三相永磁同步电机在第k+2时刻的电磁转矩和定子磁链；其中，k为任意正整数。
在本实施例中，考虑到延时补偿的因素，是三相永磁同步电机在第k时刻的电磁转矩和定子磁链作为三相永磁同步电机在第k+2时刻的电磁转矩和定子磁链，也即：
Figure BDA0003101698490000096
Figure BDA0003101698490000097
显然，通过本实施例所提供的技术方案，可以使得目标预测模型的预测结果更加准确与可靠。
基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制的过程，包括：
利用代价函数确定目标预测模型的目标最优电压矢量，并利用目标最优电压矢量对三相永磁同步电机进行控制。
可以理解的是，因为代价函数既可以对单个目标进行在线优化，也可以对多个目标进行在线优化，所以，在本实施例中，是利用代价函数确定目标预测模型的目标最优电压矢量，并利用目标最优电压矢量对三相永磁同步电机进行控制。其中，代价函数的表达式为：
Figure BDA0003101698490000101
式中，λ为权重系数，
Figure BDA0003101698490000102
为电磁转矩参考量，
Figure BDA0003101698490000103
为磁链参考量。
请参见图4，图4为本发明实施例所提供的一种目标最优电压矢量的确定方法的流程图。作为一种优选的实施方式，上述三相永磁同步电机的控制方法还包括：
步骤S201：从电压矢量序列中筛选位于8个基本电压矢量中任意两个基本电压矢量的角平分线上且距离中心电压矢量最近的电压矢量，得到第一候选电压矢量；
其中，中心电压矢量为8个基本电压矢量中处于中心位置处的电压矢量；
步骤S202：在第一候选电压矢量的作用下，获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第一预测子模型；
步骤S203：利用代价函数确定第一预测子模型的第一局部最优电压矢量，并确定第一局部最优电压矢量在电压矢量序列中所处的目标扇区；
步骤S204：筛选目标扇区中除去第一局部最优电压矢量之外的其它电压矢量，得到第二候选电压矢量；
步骤S205：在第二候选电压矢量的作用下，获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第二预测子模型；
步骤S206：利用代价函数确定第二预测子模型的第二局部最优电压矢量，并根据第一局部最优电压矢量和第二局部最优电压矢量确定目标最优电压矢量。
能够想到的是，如果将电压矢量序列中所有的电压矢量代入到三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型以及代价函数中，必然会引发巨大的计算量。因此，在本实施例中，为了减少在利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制时的计算量，还对电压矢量序列中的电压矢量进行了筛选。
具体的，在本实施例中，是以一个采样周期Ts被分为4等份，电压矢量序列中共有62个电压矢量为例进行详细说明。请参见图5，图5为一个采样周期Ts被分为4等份时，由8个基本电压矢量所合成的电压矢量序列分布示意图。其中，V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7为8个基本电压矢量，除去8个基本电压矢量之外的其它点均为利用离散空间矢量调制技术由8个基本电压矢量所合成的虚拟电压矢量。其中，图5中的虚拟电压矢量可以看作是由8个基本电压矢量在一个采样周期内作用不同时间所合成的。
在从电压矢量序列中筛选电压矢量时，首先是从电压矢量序列中筛选位于8个基本电压矢量中任意两个基本电压矢量的角平分线上且距离中心矢量最近的电压矢量，得到第一候选电压矢量。以图5为例，由空心圆所标记的点即为第一候选电压矢量。
当获取得到第一候选电压矢量之后，则在第一候选电压矢量的作用下，获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第一预测子模型，并利用代价函数确定第一预测子模型的第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000111
当获取得到第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000112
之后，则查找第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000113
在电压矢量序列中所处的目标扇区，并从目标扇区中筛选除去第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000114
之外的其它电压矢量，得到第二候选电压矢量。请参见图6，图6为目标扇区的示意图。
然后，再在第二候选电压矢量的作用下，获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第二预测子模型；最后，利用代价函数确定第二预测子模型的第二局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000115
并根据第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000116
和第二局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000117
确定出目标最优电压矢量。
作为一种优选的实施方式，上述步骤：根据第一局部最优电压矢量和第二局部最优电压矢量确定目标最优电压矢量的过程，包括：
将第一局部最优电压矢量和第二局部最优电压矢量分别输入至代价函数，得到第一代价值和第二代价值；
若第一代价值小于等于第二代价值，则将第一局部最优电压矢量判定为目标最优电压矢量；
若第一代价值大于第二代价值，则将第二局部最优电压矢量判定为目标最优电压矢量。
具体的，在根据第一局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000118
和第二局部最优电压矢量
Figure BDA0003101698490000119
确定目标最优电压矢量的过程中，首先是将第一局部最优电压矢量
Figure BDA00031016984900001110
和第二局部最优电压矢量
Figure BDA00031016984900001111
分别输入至代价函数g，得到第一代价值
Figure BDA00031016984900001112
和第二代价值
Figure BDA00031016984900001113
如果第一代价值
Figure BDA00031016984900001114
小于等于第二代价值
Figure BDA00031016984900001115
则将第一局部最优电压矢量
Figure BDA00031016984900001116
判定为目标最优电压矢量；如果第一代价值
Figure BDA00031016984900001117
大于第二代价值
Figure BDA00031016984900001118
则将第二局部最优电压矢量
Figure BDA00031016984900001119
判定为目标最优电压矢量。
需要说明的是，在计算第一代价值
Figure BDA0003101698490000121
和第二代价值
Figure BDA0003101698490000122
的过程中，所使用的代价函数g必须为同一个函数，这样才能保证不会出现次优结果。通过实验数据表明，利用本实施例所提供的方法可以将电压矢量序列中电压矢量的数量由62减少到20，并且，利用该方法也不会影响三相永磁同步电机在性能上的提高。
显然，通过本实施例所提供的方法，可以相对减少利用目标预测模型在对三相永磁同步电机进行控制时所需要的计算量。
基于前述实施例所公开的技术内容，本实施例利用Matlab/Simulink对上述所公开的一种三相永磁同步电机控制方法的控制效果进行仿真说明。其中，在对三相永磁同步电机进行仿真时，三相永磁同步电机的直流母线电压Vdc＝310V、定子电阻Rs＝2.35Ω、定子电感Ls＝6.5mH、转动惯量J＝0.0003kgm2、·m2极对数p＝4，三相永磁同步电机的永磁体磁通ψf＝0.07876Wb，采样时间Ts＝50us。
为了清楚的展示本申请所提供三相永磁同步电机控制方法所具有的技术效果。在本实施例中，是分别将传统模型FCS-MPS预测转矩控制、基于离散空间矢量调制模型预测转矩控制和基于离散空间矢量调制及简化计算模型预测转矩控制这三种控制方法进行了仿真对比，在下面实验结果说明中，分别以第一种控制方法、第二种控制方法和第三种控制方法进行阐述说明。
对比仿真1：
请参见图7，图7为三相永磁同步电机在额定负载1.27Nm，以额定转矩3000r/min带载起动工况下，利用三种控制方法的仿真输出波形图。其中，图7中的a表示传统模型FCS-MPS预测转矩控制，b表示基于离散空间矢量调制模型预测转矩控制，c表示基于离散空间矢量调制及简化计算模型预测转矩控制。
从图7可以看出，第一种控制方法的超调较大，第二种控制方法和第三种控制方法的超调很小，几乎无超调而且稳态性能也较好。从图7中可以看出，这三种控制方法的转矩脉动分别为0.6Nm、0.25Nm和0.25Nm。其中，第二种控制方法和第三种控制方法在减少转矩脉动和磁链脉动方面有显著的效果。同时，电流谐波也得到了较大的改善，比较第二种控制方法和第三种控制方法，它们的性能非常接近，尤其是第二种控制方法有效减少了三相永磁同步电机的转矩脉动和磁链脉动，改善了电流谐波，且在不影响性能的同时减少了计算量。
对比仿真2：
请参见图8，图8为三相永磁同步电机在额定负载1.27Nm，以额定转矩1000r/min带载起动工况下，在0.1s时转速增加为3000r/min的工况所得到的示意图。其中，图8中的a表示传统模型FCS-MPS预测转矩控制，b表示基于离散空间矢量调制模型预测转矩控制，c表示基于离散空间矢量调制及简化计算模型预测转矩控制。
从图8中可以看出，三种控制方法的动态响应能力接近，稳态波形大致相同，三种控制方法的转矩脉动分别为0.55Nm、0.25Nm和0.25Nm。第二种控制方法和第三种控制方法所输出的波形几乎相同，只有在加速过程即将结束时第二种控制方法和第三种控制方法的磁链出现了较大的波动，但是，并不影响三相永磁同步电机的转速和转矩。也即，在转矩脉动、磁链脉动和电流谐波方面，对比仿真1中的结论依然成立。
对比仿真3：
请参见图9，图9为三相永磁同步电机在以1000r/min转速带0.635Nm启动，0.1s时突加负载为1.27Nm的工况下三种控制方法的仿真波形图。其中，图9中的a表示传统模型FCS-MPS预测转矩控制，b表示基于离散空间矢量调制模型预测转矩控制，c表示基于离散空间矢量调制及简化计算模型预测转矩控制。
从图9中可以看出，这三种控制方法的转速响应几乎一样，均能较为快速地进入稳态且超调较小。在0.1s时负载增大，三相永磁同步电机的转速瞬间下降，不过很快又恢复稳定，说明抗扰动能力较强。同时，转矩脉动和磁链脉动也相应增大一些，这三种控制方法的转矩脉动分别为0.55Nm、0.25Nm和0.25Nm，也即，第二种控制方法和第三种控制方法依然可以在减少计算量的同时减少转矩脉动和磁链脉动，并降低电流谐波。
请参见图10，图10为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制装置的结构图，该控制装置包括：
基本矢量获取模块21，用于获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
电压矢量合成模块22，用于基于离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；
时间函数获取模块23，用于在电压矢量序列的作用下，获取三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对目标数学模型进行离散化，得到三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
同步电机控制模块24，用于根据离散时间函数和目标数学模型获取三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用目标预测模型对三相永磁同步电机进行控制。
本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制装置，具有前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法所具有的有益效果。
请参见图11，图11为本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制设备的结构图，该控制设备包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种三相永磁同步电机的控制设备，具有前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法所具有的有益效果。
相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，具有前述所公开的一种三相永磁同步电机的控制方法所具有的有益效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种三相永磁同步电机的控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种三相永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：
获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
基于离散空间矢量调制技术，利用所述8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；其中，所述电压矢量序列包括基本电压矢量和虚拟电压矢量；所述虚拟电压矢量为基于所述离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量所合成的电压矢量；
在所述电压矢量序列的作用下，获取所述三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
根据所述离散时间函数和所述目标数学模型获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制；
所述利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制的过程，包括：
利用代价函数确定所述目标预测模型的目标最优电压矢量，并利用所述目标最优电压矢量对所述三相永磁同步电机进行控制；
还包括：
从所述电压矢量序列中筛选位于所述8个基本电压矢量中任意两个基本电压矢量的角平分线上且距离中心电压矢量最近的电压矢量，得到第一候选电压矢量；其中，所述中心电压矢量为所述8个基本电压矢量中处于中心位置处的电压矢量；
在所述第一候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第一预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第一预测子模型的第一局部最优电压矢量，并确定所述第一局部最优电压矢量在所述电压矢量序列中所处的目标扇区；
筛选所述目标扇区中除去所述第一局部最优电压矢量之外的其它电压矢量，得到第二候选电压矢量；
在所述第二候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第二预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第二预测子模型的第二局部最优电压矢量，并根据所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量确定所述目标最优电压矢量。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数的过程，包括：
利用前向欧拉法对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的所述离散时间函数。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述目标预测模型中，将所述三相永磁同步电机在第k时刻的电磁转矩和定子磁链作为所述三相永磁同步电机在第k+2时刻的电磁转矩和定子磁链；其中，k为任意正整数。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量确定所述目标最优电压矢量的过程，包括：
将所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量分别输入至所述代价函数，得到第一代价值和第二代价值；
若所述第一代价值小于等于所述第二代价值，则将所述第一局部最优电压矢量判定为所述目标最优电压矢量；
若所述第一代价值大于所述第二代价值，则将所述第二局部最优电压矢量判定为所述目标最优电压矢量。
5.一种三相永磁同步电机的控制装置，其特征在于，包括：
基本矢量获取模块，用于获取三相永磁同步电机在两电平电压源逆变器下的8个基本电压矢量；
电压矢量合成模块，用于基于离散空间矢量调制技术，利用所述8个基本电压矢量合成数量多于8个的电压矢量，得到电压矢量序列；其中，所述电压矢量序列包括基本电压矢量和虚拟电压矢量；所述虚拟电压矢量为基于所述离散空间矢量调制技术，利用8个基本电压矢量所合成的电压矢量；
时间函数获取模块，用于在所述电压矢量序列的作用下，获取所述三相永磁同步电机在dq坐标系下的目标数学模型，并对所述目标数学模型进行离散化，得到所述三相永磁同步电机定子电流的离散时间函数；
同步电机控制模块，用于根据所述离散时间函数和所述目标数学模型获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的目标预测模型，并利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制；
所述利用所述目标预测模型对所述三相永磁同步电机进行控制的过程，包括：
利用代价函数确定所述目标预测模型的目标最优电压矢量，并利用所述目标最优电压矢量对所述三相永磁同步电机进行控制；
还包括：
从所述电压矢量序列中筛选位于所述8个基本电压矢量中任意两个基本电压矢量的角平分线上且距离中心电压矢量最近的电压矢量，得到第一候选电压矢量；其中，所述中心电压矢量为所述8个基本电压矢量中处于中心位置处的电压矢量；
在所述第一候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第一预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第一预测子模型的第一局部最优电压矢量，并确定所述第一局部最优电压矢量在所述电压矢量序列中所处的目标扇区；
筛选所述目标扇区中除去所述第一局部最优电压矢量之外的其它电压矢量，得到第二候选电压矢量；
在所述第二候选电压矢量的作用下，获取所述三相永磁同步电机电磁转矩和定子磁链的第二预测子模型；
利用所述代价函数确定所述第二预测子模型的第二局部最优电压矢量，并根据所述第一局部最优电压矢量和所述第二局部最优电压矢量确定所述目标最优电压矢量。
6.一种三相永磁同步电机的控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的一种三相永磁同步电机的控制方法的步骤。
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