CN114244223A - 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法 - Google Patents

计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114244223A
CN114244223A CN202111361523.5A CN202111361523A CN114244223A CN 114244223 A CN114244223 A CN 114244223A CN 202111361523 A CN202111361523 A CN 202111361523A CN 114244223 A CN114244223 A CN 114244223A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
determining
current
stator
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111361523.5A
Other languages
English (en)
Inventor
顾春锋
罗潇
奚慧
徐寅哲
赵震宇
王威
盛方正
高伯阳
陆亭华
张华富
杨永华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority to CN202111361523.5A priority Critical patent/CN114244223A/zh
Publication of CN114244223A publication Critical patent/CN114244223A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，包括：确定dq轴的电流参考值，并确定当前时刻dq轴的定子电流分量；分别确定当前时刻αβ轴和dq轴的反电动势；根据当前时刻αβ轴的反电动势确定若干个备选电压矢量；确定当前时刻若干个备选电压矢量分别对应的dq轴的定子电压；根据当前时刻dq轴的定子电流分量、反电动势和定子电压确定若干个备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值；根据dq轴的电流参考值和若干个定子电流预测值确定价值函数最小值；根据价值函数最小值确定相应的电压矢量，并根据电压矢量进行电摩电机预测控制。本发明可提高电摩电机的控制性能，并能够解决应用三电平逆变器带来的较大计算负担问题。

Description

计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法
技术领域
本发明涉及电机驱动及控制技术领域，尤其涉及一种计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法。
背景技术
随着全世界范围内石油能源短缺和环境污染问题的日益加剧，一种以电能为核心动力能源的电车有望成为取代燃油车的新一代代步工具。其中，电动摩托车相较于电动汽车而言具有价格更低、停放更方便等优点，成为人们短途出行的理想交通工具，因此，进一步研究一种高效的电摩电机驱动方法对推进电动摩托车的应用具有积极意义。
目前，市面上常见的电摩电机为直流电动机，具有响应速度快、启动扭矩大等优点。而传统有刷直流电机中的碳刷和整流器在电机转动过程中会产生火花和碳粉，使其在电动摩托车中的应用收到了限制，因此，一种不需要碳刷和整流器的无刷电摩电机在电动摩托车中受到了广泛应用。传统的电摩电机控制方法为方波控制，通过六步换相，能够获得接近方波的电流波形，具有控制简单、硬件需求低的优点，但是存在电机的扭矩波动大、效率低下等缺陷；在一些对于电机性能要求较高的场合中，正弦波控制方法是一种更好的控制策略，由于正弦波控制策略能够输出三相正弦波电压，不存在方波控制中的换相问题，因此能够获得更低的转矩脉动、更小的电流纹波和更平稳的转速，但是也存在对控制器的要求高，难以充分发挥电机效率的缺陷；矢量控制是一种能够进一步提高电摩电机控制性能的算法，能够实现最大转矩电流比输出，提高电机的工作效率，但是其算法复杂，且对电机参数的依赖性较大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，通过将三电平逆变器应用于电摩电机控制中，以提高电摩电机的控制性能，并同时通过矢量分区筛选解决了应用三电平逆变器带来的较大计算负担问题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，包括：步骤S1：确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值，并确定当前时刻dq轴的定子电流分量；步骤S2：分别确定当前时刻所述三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势；步骤S3：根据当前时刻αβ轴的所述反电动势确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量；步骤S4：确定当前时刻若干个所述备选电压矢量分别对应的dq轴的定子电压；步骤S5：根据当前时刻dq轴的所述定子电流分量、所述反电动势和所述定子电压确定若干个所述备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值；步骤S6：根据dq轴的所述电流参考值和若干个所述定子电流预测值确定价值函数最小值；步骤S7：根据所述价值函数最小值确定相应的电压矢量，并根据所述电压矢量进行电摩电机预测控制。
可选的，所述步骤S1中，确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值的步骤，包括：步骤S11：获取所述三电平电摩电机的给定转速，并通过编码器采集所述三电平电摩电机的实际转速；步骤S12：根据所述给定转速和所述实际转速确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值。
可选的，所述步骤S1中，确定当前时刻dq轴的定子电流分量的步骤，包括：步骤S13：获取所述三电平电摩电机的电角度和当前时刻的实际三相定子电流；步骤S14：根据所述实际三相定子电流确定αβ轴的定子电流分量；步骤S15：根据所述电角度和αβ轴的所述定子电流分量确定当前时刻dq轴的定子电流分量。
可选的，所述步骤S2，包括：步骤S21：根据所述电角度确定所述三电平电摩电机的电角速度；步骤S22：获取所述三电平电摩电机的极对数、永磁体磁链和当前时刻的转子位置，并根据所述电角速度、所述极对数、所述永磁体磁链和当前时刻的所述转子位置确定所述三电平电摩电机的三相反电动势；步骤S23：根据所述三相反电动势确定当前时刻所述三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势。
可选的，所述步骤S3，包括：步骤S31：根据当前时刻αβ轴的所述反电动势确定当前时刻定子电压矢量的位置角；步骤S32：根据所述位置角判断当前时刻定子电压矢量所在的扇区；步骤S33：根据当前时刻定子电压矢量所在的扇区确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量。
可选的，所述扇区的个数为12个，并且每一所述扇区对应的角度范围为30°。
可选的，每一所述扇区与4个备选电压矢量相对应。
可选的，所述步骤S4，包括：步骤S41：确定若干个备选电压矢量分别对应的三相电平逆变器的三相开关状态；步骤S42：根据所述三相开关状态确定相应的备选电压矢量所对应的dq轴的定子电压。
可选的，所述步骤S5中下一时刻dq轴的定子电流预测值采用如下公式表示：
Figure BDA0003359462390000031
其中，id(k+1)和iq(k+1)分别为下一时刻dq轴的定子电流预测值，R为定子电阻，Ts为采样时间，Ls为定子电感，id(k)和iq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电流分量，ed(k)和eq(k)分别为当前时刻dq轴的反电动势，ud(k)和uq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电压。
可选的，所述步骤S6，包括：步骤S61：根据各个备选电压矢量对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值和dq轴的所述电流参考值确定各个所述备选电压矢量对应的价值函数值；步骤S62：比较各个备选电压矢量对应的价值函数值，以确定所述价值函数最小值。
本发明至少具有以下技术效果：
本发明将NPC(Neutral Point Clamped，中点钳位)三电平逆变器应用于电摩电机中，通过构建电摩电机的电流预测方程和价值函数，获取局部条件下的最优矢量解，从而能够有效提高电摩电机的控制性能，同时通过矢量的分扇区筛选，可有效降低系统的计算负担。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制系统的控制原理图；
图3为本发明一实施例提供的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制的扇区空间位置图；
图4为本发明一具体示例的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法的流程图；
图5为本发明一实施例提供的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制的稳态仿真图。
具体实施方式
下面详细描述本实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本实施例的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法。
图1为本发明实施例提供的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤S1：确定三电平电摩电机的dq轴的电流参考值，并确定当前时刻dq轴的定子电流分量。
其中，步骤S1中，确定三电平电摩电机的dq轴的电流参考值的步骤，包括：
步骤S11：获取三电平电摩电机的给定转速，并通过编码器采集三电平电摩电机的实际转速；
步骤S12：根据给定转速和实际转速确定三电平电摩电机的dq轴的电流参考值。
具体的，图2为与本方法相对应的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制系统的控制原理图。该系统包括PI(Proportion Integration，比例积分)控制器1、MPCC(Model Predictive Current Control，模型预测电流控制)价值函数模块2、中点电位平衡模块3、NPC三电平逆变器4、三电平电摩电机5、编码器6、坐标变换模块7、矢量筛选模块8和电流预测模块9。
本实施例中，可通过上述控制系统中转速外环的PI控制器将给定转速Nr ref和由编码器采集到的实际转速Nr之间的偏差转换为三电平电摩电机q轴电流的给定值。
作为一个示例，可通过PI控制器计算q轴电流的参考值(给定值)iq ref，并给定d轴电流参考值id ref。其中，iq ref和id ref采用如下公式表示：
Figure BDA0003359462390000051
其中，K1和K2分别为PI控制器的比例增益和积分增益；En＝Nr ref-Nr表示转速偏差，Nr ref为给定转速，Nr为实际转速；s为复变量。
进一步的，可通过电流测量元件和编码器分别获取当前时刻如k时刻三相定子电流is(k)(s＝a,b,c)和三电平电摩电机的位置信息如电角度θ，并结合转子位置-反电势对应关系获取三相反电动势es(k)(s＝a,b,c)；再通过坐标变换方程将is(k)(s＝a,b,c)和es(k)(s＝a,b,c)转换到两相静止坐标系即αβ轴中得到iα(k)、iβ(k)和eα(k)、eβ(k)，再经过旋转坐标变换得到dq坐标下定子电流分量id(k)、iq(k)和反电动势ed(k)、eq(k)。
在本发明的一个实施例中，步骤S1中确定当前时刻dq轴的定子电流分量id(k)、iq(k)的步骤，包括：
步骤S13：获取三电平电摩电机的电角度和当前时刻的实际三相定子电流；
步骤S14：根据实际三相定子电流确定αβ轴的定子电流分量；
步骤S15：根据电角度和αβ轴的定子电流分量确定当前时刻dq轴的定子电流分量。
如上所述，可通过编码器获取三电平电摩电机的电角度θ，然后通过电流检测元件测量当前时刻如k时刻的三电平电摩电机的实际三相定子电流is(k)(s＝a,b,c)，然后通过公式(2)的坐标变换方程转换得到两相静止坐标下即αβ轴的定子电流分量iα(k)和iβ(k)，并根据电角度θ和αβ轴的定子电流分量iα(k)和iβ(k)通过公式(2)进一步得到当前时刻即k时刻dq轴的定子电流分量id(k)、iq(k)。
Figure BDA0003359462390000061
步骤S2：分别确定当前时刻三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势。
其中，所述步骤S2，包括：
步骤S21：根据电角度确定三电平电摩电机的电角速度；
步骤S22：获取三电平电摩电机的极对数、永磁体磁链和当前时刻的转子位置，并根据电角速度、极对数、永磁体磁链和当前时刻的转子位置确定三电平电摩电机的三相反电动势；
步骤S23：根据三相反电动势确定当前时刻三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势。
具体的，三电平电摩电机的电角速度ωe采用如下公式(3)表示：
ωe＝dθ/dt (3)
其中，t为时间，θ为电角度。
进一步的，可根据三电平电摩电机的极对数p、永磁体磁链ψf、电角速度ωe和当前时刻的转子位置确定三电平电摩电机的三相反电动势es(k)(s＝a,b,c)。
作为一个示例，具体可根据下表1和当前时刻即k时刻的转子位置确定三相反电动势es(k)(s＝a,b,c)，然后结合公式(4)确定αβ轴的反电动势eα(k)、eβ(k)，最后通过公式(5)确定dq轴的反电动势ed(k)、eq(k)。
表1不同转子位置处的反电动势
Figure BDA0003359462390000062
Figure BDA0003359462390000071
Figure BDA0003359462390000072
Figure BDA0003359462390000073
步骤S3：根据当前时刻αβ轴的反电动势确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量。
其中，步骤S3，包括：
步骤S31：根据当前时刻αβ轴的反电动势确定当前时刻定子电压矢量的位置角；
步骤S32：根据位置角判断当前时刻定子电压矢量所在的扇区；
步骤S33：根据当前时刻定子电压矢量所在的扇区确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量。
其中，所述扇区的个数为12个，并且每一扇区对应的角度范围为30°，以及，每一扇区与4个备选电压矢量相对应。
本实施例中，可根据eα(k)、eβ(k)确定当前时刻定子电压矢量所在的空间位置，并以30度为界限划分12个扇区，然后将NPC三电平逆变器的27个备选电压矢量筛选至4个，以使每一扇区与4个备选电压矢量相对应。
作为一个示例，在步骤S23确定αβ轴的反电动势eα(k)、eβ(k)之后，可结合公式(6)确定当前时刻即k时刻定子电压矢量的位置角δ(k)。
Figure BDA0003359462390000074
然后，根据δ(k)来判别k时刻定子电压矢量所在扇区，具体判别条件如下：
扇区1：0＜＝d(k)＜π/6；扇区2：π/6＜＝d(k)＜π/3；扇区3：π/3＜＝d(k)＜π/2；
扇区4：π/2＜＝d(k)＜2π/3；扇区5：2π/3＜＝d(k)＜5π/6；扇区6：5π/6＜＝d(k)＜π；
扇区7：π＜＝d(k)＜7π/6；扇区8：7π/6＜＝d(k)＜4π/3；扇区9：4π/3＜＝d(k)＜3π/2；
扇区10：3π/2＜＝d(k)＜5π/3；扇区11：5π/3＜＝d(k)＜11π/6；扇区12：11π/6＜＝d(k)＜2π；
最后，根据k时刻定子电压矢量所在扇区位置确定参与价值函数滚动优化的4个备选电压矢量，扇区空间位置见图3，扇区位置和备选电压矢量关系见下表2。
表2扇区位置和备选电压矢量关系
扇区号 备选电压矢量(v<sub>1</sub>,v<sub>2</sub>,......,v<sub>27</sub>)
1 v1,v3,v4,v27
2 v4,v5,v7,v27
3 v5,v7,v8,v27
4 v8,v9,v11,v27
5 v9,v11,v12,v27
6 v12,v13,v15,v27
7 v13,v15,v16,v27
8 v16,v17,v19,v27
9 v17,v19,v20,v27
10 v20,v21,v23,v27
11 v21,v23,v24,v27
12 v24,v1,v3,v27
在确定出4个备选电压矢量之后，下面将根据筛选出的4个备选电压矢量经过价值函数的滚动优化来确定满足最小化价值函数的电压矢量。
步骤S4：确定当前时刻若干个备选电压矢量分别对应的dq轴的定子电压。
其中，步骤S4，包括：
步骤S41：确定若干个备选电压矢量分别对应的三相电平逆变器的三相开关状态；
步骤S42：根据三相开关状态确定相应的备选电压矢量所对应的dq轴的定子电压。
具体的，可确定备选电压矢量如vi所对应的三相电平逆变器的三相开关状态Sa(i)、Sb(i)、Sc(i)，然后根据公式(7)确定dq坐标系下即dq轴的定子电压ud(k)和uq(k)。
Figure BDA0003359462390000091
其中，Udc表示母线电压，Sa(i)、Sb(i)、Sc(i)为三相开关状态值，(Sa(i)、Sb(i)、Sc(i)∈{-1,0,1}，vi＝2Udc/3[Sa(i)Sb(i)Sc(i)],i∈{1,2,....,27})，uα(k)和uβ(k)为αβ轴定子电压，ud(k)和uq(k)为dq轴的定子电压。
步骤S5：根据当前时刻dq轴的定子电流分量、反电动势和定子电压确定若干个备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值。
其中，所述步骤5中下一时刻dq轴的定子电流预测值采用如下公式(8)表示：
Figure BDA0003359462390000092
其中，id(k+1)和iq(k+1)分别为下一时刻即k+1时刻dq轴的定子电流预测值，R为定子电阻，Ts为采样时间，Ls为定子电感，id(k)和iq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电流分量，ed(k)和eq(k)分别为当前时刻dq轴的反电动势，ud(k)和uq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电压。
具体的，在确定当前时刻dq轴的定子电压之后，可结合公式(9)所示的三电平电摩电机定子电流预测方程获取公式(8)所示的k+1时刻dq轴定子电流预测值id(k+1)、iq(k+1)。
Figure BDA0003359462390000101
其中，
Figure BDA0003359462390000102
和
Figure BDA0003359462390000103
为dq轴的定子电流分量随时间的变化率。由此，可根据公式(8)确定4个备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值。
步骤S6：根据dq轴的电流参考值和若干个定子电流预测值确定价值函数最小值。
其中，步骤S6，包括：
步骤S61：根据各个备选电压矢量对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值和dq轴的电流参考值确定各个备选电压矢量对应的价值函数值；
步骤S62：比较各个备选电压矢量对应的价值函数值，以确定价值函数最小值。
具体的，在通过步骤S5确定4个备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值之后，可将4组电流预测值经过公式(10)所示的电流价值函数获取相应的价值函数值，并通过公式(11)获取价值函数最小值。
Figure BDA0003359462390000104
gmin＝min{gm} (11)
其中，id ref＝id ref(k+1)＝0；iq ref＝iq ref(k+1)；gi为价值函数输出；gmin为价值函数输出最小值。其中，id ref和iq ref为步骤S1中确定的dq轴的电流参考值，m∈{1,2,....,4}。
步骤S7：根据价值函数最小值确定相应的电压矢量，并根据电压矢量进行三电平电摩电机预测控制。
为了使得本领域技术人员能够清晰地了解本发明技术方案，下面将结合图4对本发明进行详细阐述。
如图4所示，先获取当前时刻的三相定子电流，通过三相定子电流确定三电平电摩电机dq轴的定子电流，然后获取三电平电摩电机的电角度和当前时刻转子位置，并根据三电平电摩电机的电角度和当前时刻转子位置确定三相反电动势，以确定αβ轴和dq轴的反电动势。进一步的，根据当前时刻αβ轴的反电动势确定参与价值函数滚动优化的4个备选电压矢量。以第n个备选电压矢量为例，根据公式(7)、(8)和(9)计算第n个备选电压矢量的k+1时刻dq轴定子电流id(k+1)、iq(k+1)，并根据公式(10)计算得到相应的价值函数值g(m)，然后将其与已确定的价值函数最小值g(min)相比较，若小于g(min)，则将g(m)赋值给g(min)，然后判断n是否大于或者等于4，以确定备选电压矢量是否全部计算完毕，若是，则直接输出该价值函数最小值对应的电压矢量，若否，则计算下一个备选电压矢量，直至所有备选电压矢量计算完毕，并确定所有备选电压矢量对应的价值函数值中的最小值，以根据该最小值输出相应的电压矢量vopt，再通过该电压矢量进行三电平电摩电机控制。
进一步的，为了对上述控制方法进行验证，本方案还给出了上述控制方法的仿真结果。本发明的稳态仿真结果如图5所示，从图5中可以得出该控制方法能够获得正弦度良好的三相定子电流、平稳的转速和转矩。
本发明实施例的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法通过获取k时刻三电平电摩电机的三相定子电流is(k)、电角度θ、转速信息ωe、三相反电动势es(k)；然后通过坐标变换获取αβ轴和dq轴的定子电流分量和反电动势iα(k)、iβ(k)、eα(k)、eβ(k)、id(k)、iq(k)、ed(k)、eq(k)；在此基础上，经过矢量筛选模块将NPC三电平逆变器的27个电压矢量筛选至4个；最后将筛选出的4个电压矢量经过预测电流价值函数确定满足最小化价值函数的电压矢量，并通过该电压矢量进行相应控制，可获取良好的动稳态性能，并可有效降低控制三电平逆变器所带来的较大计算负担。
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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值，并确定当前时刻dq轴的定子电流分量；
步骤S2：分别确定当前时刻所述三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势；
步骤S3：根据当前时刻αβ轴的所述反电动势确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量；
步骤S4：确定当前时刻若干个所述备选电压矢量分别对应的dq轴的定子电压；
步骤S5：根据当前时刻dq轴的所述定子电流分量、所述反电动势和所述定子电压确定若干个所述备选电压矢量分别对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值；
步骤S6：根据dq轴的所述电流参考值和若干个所述定子电流预测值确定价值函数最小值；
步骤S7：根据所述价值函数最小值确定相应的电压矢量，并根据所述电压矢量进行三电平电摩电机预测控制。
2.如权利要求1所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值的步骤，包括：
步骤S11：获取所述三电平电摩电机的给定转速，并通过编码器采集所述三电平电摩电机的实际转速；
步骤S12：根据所述给定转速和所述实际转速确定所述三电平电摩电机的dq轴的电流参考值。
3.如权利要求1所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，确定当前时刻dq轴的定子电流分量的步骤，包括：
步骤S13：获取所述三电平电摩电机的电角度和当前时刻的实际三相定子电流；
步骤S14：根据所述实际三相定子电流确定αβ轴的定子电流分量；
步骤S15：根据所述电角度和αβ轴的所述定子电流分量确定当前时刻dq轴的定子电流分量。
4.如权利要求3所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：
步骤S21：根据所述电角度确定所述三电平电摩电机的电角速度；
步骤S22：获取所述三电平电摩电机的极对数、永磁体磁链和当前时刻的转子位置，并根据所述电角速度、所述极对数、所述永磁体磁链和当前时刻的所述转子位置确定所述三电平电摩电机的三相反电动势；
步骤S23：根据所述三相反电动势确定当前时刻所述三电平电摩电机的αβ轴和dq轴的反电动势。
5.如权利要求4所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：
步骤S31：根据当前时刻αβ轴的所述反电动势确定当前时刻定子电压矢量的位置角；
步骤S32：根据所述位置角判断当前时刻定子电压矢量所在的扇区；
步骤S33：根据当前时刻定子电压矢量所在的扇区确定参与价值函数滚动优化的若干个备选电压矢量。
6.如权利要求5所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述扇区的个数为12个，并且每一所述扇区对应的角度范围为30°。
7.如权利要求6所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，每一所述扇区与4个备选电压矢量相对应。
8.如权利要求7所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
步骤S41：确定若干个备选电压矢量分别对应的三相电平逆变器的三相开关状态；
步骤S42：根据所述三相开关状态确定相应的备选电压矢量所对应的dq轴的定子电压。
9.如权利要求8所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S5中下一时刻dq轴的定子电流预测值采用如下公式表示：
Figure FDA0003359462380000031
其中，id(k+1)和iq(k+1)分别为下一时刻dq轴的定子电流预测值，R为定子电阻，Ts为采样时间，Ls为定子电感，id(k)和iq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电流分量，ed(k)和eq(k)分别为当前时刻dq轴的反电动势，ud(k)和uq(k)分别为当前时刻dq轴的定子电压。
10.如权利要求1-9任一项所述的计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法，其特征在于，所述步骤S6，包括：
步骤S61：根据各个备选电压矢量对应的下一时刻dq轴的定子电流预测值和dq轴的所述电流参考值确定各个所述备选电压矢量对应的价值函数值；
步骤S62：比较各个备选电压矢量对应的价值函数值，以确定所述价值函数最小值。
CN202111361523.5A 2021-11-17 2021-11-17 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法 Pending CN114244223A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111361523.5A CN114244223A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111361523.5A CN114244223A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114244223A true CN114244223A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80749820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111361523.5A Pending CN114244223A (zh) 2021-11-17 2021-11-17 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114244223A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115566938A (zh) * 2022-11-24 2023-01-03 中山大洋电机股份有限公司 新型风机启动前高速逆风转动状态下的转子预定位方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110867887A (zh) * 2019-10-16 2020-03-06 南京理工大学 Npc三电平逆变器最优序列模型预测控制装置及方法
US20200343840A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-29 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor
CN111969900A (zh) * 2020-09-01 2020-11-20 南通大学 一种占空比调制的npc三电平bldc转矩脉动最小化控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200343840A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-29 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor
CN110867887A (zh) * 2019-10-16 2020-03-06 南京理工大学 Npc三电平逆变器最优序列模型预测控制装置及方法
CN111969900A (zh) * 2020-09-01 2020-11-20 南通大学 一种占空比调制的npc三电平bldc转矩脉动最小化控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
於锋等: "计及中点电位平衡的PMSM三电平无权值预测磁链控制", 电机与控制学报, vol. 24, no. 9, 15 September 2020 (2020-09-15), pages 149 *
杨勇等: "三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法", 电机与控制学报, vol. 20, no. 8, 15 August 2016 (2016-08-15), pages 83 - 91 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115566938A (zh) * 2022-11-24 2023-01-03 中山大洋电机股份有限公司 新型风机启动前高速逆风转动状态下的转子预定位方法
CN115566938B (zh) * 2022-11-24 2023-03-24 中山大洋电机股份有限公司 新型风机启动前高速逆风转动状态下的转子预定位方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106936356B (zh) 矢量筛选和占空比结合的电机模型预测控制系统及方法
CN110460281B (zh) 一种三电平永磁同步电机双矢量模型预测磁链控制方法
CN108631672B (zh) 计及最优占空比调制的永磁同步电机预测磁链控制方法
Bhowate et al. Predictive torque control with online weighting factor computation technique to improve performance of induction motor drive in low speed region
Hua et al. Multivector-based model predictive control with geometric solution of a five-phase flux-switching permanent magnet motor
Yu et al. Model-free predictive current control for three-level inverter-fed IPMSM with an improved current difference updating technique
CN109617490B (zh) 一种五相永磁电机直接转矩控制最大转矩电流比控制方法
CN110120763B (zh) 一种永磁同步电机无权重系数预测转矩控制方法
CN114584040B (zh) 基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法
CN109728756B (zh) 双参考电压单矢量开绕组永磁电机预测控制方法和设备
CN114244223A (zh) 计及矢量分区筛选的三电平电摩电机预测控制方法
CN111181465B (zh) 一种开绕组永磁同步电机系统的直接转矩控制方法和装置
CN112290859A (zh) 采用无差拍电流跟踪的正弦或梯形反电势五相永磁电机短路容错控制方法
CN113890445B (zh) 两相组交流永磁电机三电平变流系统优化调制方法
CN113098348B (zh) 一种双三相永磁同步电机预测转矩控制方法
CN112290858B (zh) 一种基于多矢量模型预测的五相永磁同步电机相间短路容错控制方法
CN114400945A (zh) 双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法
CN112260605B (zh) 五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法
Zhang et al. A predictive torque control method for dual three-phase permanent magnet synchronous motor without weighting factor
CN109861606B (zh) 十二相永磁同步电机的模型预测电流控制方法及装置
Boldea, Lorand Janosi, Frede Blaabjerg A modified direct torque control (DTC) of reluctance synchronous motor sensorless drive
CN110289798B (zh) 空间矢量调制与快速矢量选择相结合的无差拍控制方法
CN111711397A (zh) 一种基于半集中式开绕组永磁同步电机系统的预测电流控制方法
CN111464095B (zh) 一种永磁同步电机控制方法及系统
CN114123904B (zh) 适用于永磁同步电机高速区运行的预测电流增量控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination