[发明专利]一种永磁同步电机模型预测转矩控制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机模型预测转矩控制方法，其特征在于：只需预测零电压矢量作用时的转矩与定子磁链，当转矩误差在设定的阈值以内时零电压矢量被选为最优电压矢量，否则基于直接转矩控制的电压矢量选择表确定最优的非零电压矢量。与直接转矩控制相比，改进的模型预测转矩控制采用固定的开关频率，能够降低开关损耗，提高逆变器的效率；与传统模型预测转矩控制相比，改进的MP‑DTC只需要预测零电压矢量作用时的转矩和定子磁链，并取消了评价函数，大大降低了计算工作量，既继承了直接转矩控制响应速度快的优点，又摒弃了传统模型预测转矩控制计算工作量大的缺点。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机模型预测转矩控制方法。

背景技术

传统的直接转矩控制方式能够显著提高转矩的动态响应速度，并且控制系统结构简单、鲁棒性良好。模型预测直接转矩控制是在传统的直接转矩控制的基础上发展起来的，与传统的直接转矩控制一样具有非常快的响应速度，还能够同时兼顾其它控制目标，如谐波失真、开关频率、电流保护等。然而，上述的传统的直接转矩控制方式存在开关频率不固定、转矩脉动大等缺点，而模型预测直接转矩控制又存在计算工作量大且实时性差的问题，因而本领域尚缺乏一种有效的模型预测转矩控制方法，以能够解决明显降低计算工作量，并提高控制实时性等技术问题。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机模型预测转矩控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、在每个采样周期均通过传感器测量电流信号与转子位置信号，并进行延时补偿。

步骤二、基于永磁同步电机的数学模型，在零电压矢量作用下对永磁同步电机输出转矩与定子磁链进行预测；

步骤三、根据步骤二所预测的转矩、定子磁链分别与给定的参考转矩、参考定子磁链之间的误差，确定最优电压矢量；

步骤四、将所述步骤三中确定的最优电压矢量作用于系统进行转矩控制。

进一步地，所述步骤二具体包括：

永磁同步电机在零电压矢量作用下的离散数学模型为：

式中，i_d(k+1)、i_q(k+1)为经过一步延时补偿后k+1时刻的dq轴电流；i_d0(k+2)、i_q0(k+2)为基于永磁同步电机模型预测出的零电压矢量作用一个采样周期后的k+2时刻的dq轴电流；R_s为电机定子绕组阻值；L_d、L_q分别为dq轴电感量；λ_f为永磁体主磁通；ω_r为转子电角速度；Ts为采样周期。

在零电压矢量作用下k时刻永磁同步电机的输出转矩T_e0(k)与定子磁链ψ_s0(k)分别为：

式中，P为永磁同步电机极数。

进一步地，所述步骤三中确定最优电压矢量，具体包括：

根据上述公式可知，在零电压矢量的作用下，输出转矩和定子磁链均变化平缓，且逆变器无开关动作，可见零电压的使用能够降低转矩脉动和逆变器的开关损耗。

在零电压矢量作用下，预测的输出转矩、定子磁链与给定的参考转矩、定子磁链的误差分别为：