[发明专利]基于无差拍优化与双矢量模型预测的电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是指一种基于无差拍优化与双矢量模型预测的电机控制方法。

背景技术

基于电机的常见控制方法有无差拍控制和模型预测控制。其中，无差拍控制原理是利用电机的离散数学模型预测出下一时刻所需施加的两相旋转坐标系中的电机电压，并通过SVPWM(Space Vector PWM)得到逆变器的开关状态，使电机在一个周期内跟踪给定值，从而使得电机具有良好的动态和稳态性能。而模型预测控制原理是利用电机的离散数学模型预测出下一时刻的电流、磁链和转矩，通过滚动优化，预测出下一时刻所需施加的电压矢量，进而提高控制系统的动态性能，目前，模型预测控制已经得到广泛应用。然而该方法在每次预测时都需代入八个电压矢量分别进行计算，特别是当电机需要多步预测时的计算量较大，而且单矢量模型预测由于在一个周期内只有一个电压矢量作用，导致转矩脉动较大，从而使得电机控制的稳态性能差。

单矢量模型预测控制的原理如下：

首先根据六路开关状态得到八个电压矢量，然后根据电机的离散数学模型预测出下一时刻的电流、磁链和转矩；将八个电压矢量依次代入预测的电流、磁链和转矩对应的公式中可以得到八组不同的预测值。将八组预测值依次代入到目标函数中计算并比较得到最小目标函数值g，使g最小的电压矢量就是下一时刻所需施加的电压矢量。基于单矢量模型预测控制的方法在一个周期内只作用一个电压矢量，会导致电机的转矩脉动较大，从而影响电机的控制效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于无差拍优化与双矢量模型预测的电机控制方法，不仅能够有效减少电机控制的计算量，而且大大降低电机的转矩脉动。

基于上述目的本发明提供的一种基于无差拍优化与双矢量模型预测的电机控制方法，包括：

获取当前时刻电机的三相电流、转子位置信息和反馈转速，通过坐标变换得到两相旋转坐标系下的电机两相旋转电流；

将给定转速与反馈转速相减，差值经过PI调节器计算得到参考转矩，根据最大转矩电流比控制方法得到参考磁链；

根据模型预测控制原理，将计算得到的参考转矩、参考磁链、反馈转速、两相旋转电流以及转子位置信息代入预测模型，预测得到下一时刻的电流、磁链和转矩；

根据无差拍控制原理，利用计算得到的参考转矩、参考磁链、反馈转速以及电机两相旋转电流，计算得到参考电压矢量；

利用获取的转子位置信息，将计算得到的参考电压矢量通过坐标变换，得到两相静止坐标系下的参考电压矢量，同时，通过反正切计算得到参考电压矢量的位置角；

根据参考电压矢量的位置角判断参考电压矢量所处的扇区，然后在相应的扇区内选取相应的电压矢量代入目标函数进行计算，得到使目标函数值最小的预测电压矢量；

在一个采样周期时间内，采用双矢量模型预测原理中转矩脉动最小原则，计算得到预测电压矢量的作用时间以及零矢量的作用时间，然后按照预测电压矢量和零矢量的作用时间，调制出六路PWM波驱动逆变器动作的脉冲信号。

可选的，所述计算得到预测电压矢量的作用时间的计算公式为：

t₀＝T_s-t₁

其中，S₁代表预测电压矢量带入转矩公式中所求出的转矩斜率，S₂代表零矢量带入转矩公式中所求出的转矩斜率，T₀为初始时刻转矩，T_s为一个采样周期时间，t₁、t₀分别为预测电压矢量和零矢量的作用时间。

可选的，所述计算得到六路PWM波驱动逆变器动作的脉冲信号的步骤之前还包括：

在一个采样周期时间内，按照作用时间，将零矢量分散，使得零矢量与预测电压矢量交替作用，并且使得PWM输出波形对称。

进一步，在一个采样周期时间内，按照作用时间，将零矢量分为三组，将预测电压矢量分为两组，使得在一个周期内作用的电压矢量依次为：零矢量、预测电压矢量、零矢量、预测电压矢量、零矢量，且作用时间对应为1/4零矢量作用时间、1/2预测电压矢量作用时间、1/2零矢量作用时间、1/2预测电压矢量作用时间、1/4零矢量作用时间。

可选的，所述根据参考电压矢量的位置角判断参考电压矢量所处的扇区，然后在相应的扇区内选取相应的电压矢量代入目标函数进行计算的步骤还包括：

将传统扇区按照顺时针旋转30度，得到新的扇区分布；