[发明专利]基于改进欧拉法的快速矢量筛选预测转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进欧拉法的快速矢量筛选预测转矩控制方法，首先计算出当前时刻定子磁链的角度，通过扇区判断模块确定定子磁链所在扇区，计算出当前时刻的电磁转矩，将参考转矩和实际转矩比较产生转矩误差；然后快速筛选出三个优化电压矢量，利用二阶欧拉公式可精确预测出下一时刻的定子磁链值和转矩值；最后通过最优价值函数获得逆变器的最优开关状态，逆变器将开关状态转变成电压输出给永磁同步电机，驱动电机运行。本发明缩短了处理器的计算时间，预测值更加精确，不仅解决了永磁同步电机模型预测转矩控制在线计算量大、执行时间长的问题，而且电流、转矩、磁链的预测结果也更加精确。

技术领域

本发明涉及一种基于改进欧拉法的快速矢量筛选预测转矩控制，属于电机驱动及控制技术。

背景技术

永磁同步电机凭借电力电子技术、微型计算机技术、电机控制技术的飞速发展，控制技术有了长足的进步，目前正向着高精度、低成本、小型化的趋势发展。而永磁同步电机作为核心执行部件，在机床、家电，船舶、电梯、机器人及电动汽车等领域都得到了广泛的应用。尽管永磁同步电机的控制技术如矢量控制、直接转矩控制、滑模控制和模糊控制的应用都在逐步成熟，但在实际工程中，这些控制技术都存在一定不足，如低速特性不够理想、动态响应慢、转矩脉动大等。

近年来国际上兴起了一种新的控制技术，即模型预测控制。模型预测控制思想简单，主要利用电机的数学模型预测下一时刻的控制变量，如电流、转矩、磁链等，然后构造一个目标函数，将基本电压矢量带入目标函数中，使得目标函数值最小的基本电压矢量就是要得到的最佳输出电压矢量。与矢量控制相比，模型预测控制在保证稳态性能的前提下，动态响应快。与直接转矩控制相比，稳态性能提升较为明显，电流和转矩脉动明显减小。

然而由于预测转矩控制需要将所有的电压矢量组合都代入目标价值函数进行计算，并比较最小价值函数值，因此处理器的在线计算负担巨大。过多预测值的计算会导致系统延迟，预测变得不精准。如何能够减少在线执行时间且不影响控制性能成为了一个关键问题。

中国发明专利《改进的永磁同步发电机模型预测直接转矩控制方法》(专利号为CN201510701068.7，公开日期为2016.02.24)，公开了一种改进的永磁同步发电机模型预测直接转矩控制方法。该方法通过在静止坐标系上加入全阶滑模观测器的办法，避免了静止坐标系到同步旋转坐标系的转化，简化了运算过程；同时该方法避免了对dq轴参数的依赖，算法过程得到简化。但是该专利不足之处在于，虽然采用了全阶滑模观测的方法，避免了对dq轴参数的依赖性，但需预测八个基本电压矢量，仍然是在八个目标函数值中寻找最小的目标函数值，预测算法的在线计算负担并没有得到减轻，执行时间还是很长。

中国发明专利《一种永磁同步电机准无差拍模型预测磁链控制方法》(专利号为CN201610188463.4，公开日期为2016.07.13)，公开了一种准无差拍模型预测磁链控制的方法，该方法利用无差拍控制思想，获得目标电压矢量，通过目标电压矢量的位置角判断目标电压矢量所在的扇区，利用扇区选择三个有效电压矢量，最终从三个电压矢量中选择出最理想的有效电压。尽管该专利也提出了一种快速选择电压矢量的方法，但其思路和本发明思想有着本质的不同。该专利基于无差拍控制思想，它根据下一个时刻需要得到的理想磁链值算出下一个时刻需要作用在逆变器上的理想电压矢量，通过判断理想电压矢量的位置确定扇区，从而选出有效的三个基本电压矢量。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种计算量小、耗时短、预测值精准的基于改进欧拉法的快速矢量筛选预测转矩控制方法。

技术方案：本发明的基于改进欧拉法的快速矢量筛选预测转矩控制方法，包括以下步骤：