[发明专利]基于有效开关时间的三相四开关永磁同步电机系统模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于有效开关时间的三相四开关永磁同步电机系统模型预测控制方法，该方法在模型预测磁链控制基础上，引入偏移电压矢量概念得到偏移磁链误差矢量，并由此直接计算得到三相四开关逆变器的有效开关时间，最后采用对称调制的方法得到各开关管驱动信号用以对电机系统的驱动控制。本发明方法引入的偏移电压矢量，使得扇区判断时消去电容电压波动的影响，控制算法的优化使预测计算的次数减少，系统计算负担降低，在每个控制周期中作用多个电压矢量从而提高了电机系统静态运行性能，使得电机运行可靠。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于有效开关时间的三相四开关永磁同步电机系统模型预测控制方法。

背景技术

电机系统驱动控制部分常采用三相六开关电压源逆变器，当开关器件发生故障造成电机某相绕组开路，会导致电机输出转矩波动大，机械噪音恶化，整体性能降低，因此有必要研究逆变器故障运行下的电机控制策略。近年来，三相四开关电压源型逆变器能作为传统三相六开关逆变器驱动系统中，某一相功率开关器件及其驱动电路发生故障时的容错后拓扑结构，并且由于其拓扑结构简单、硬件成本低而受到学者们的广泛关注。

针对传统模型预测控制策略中需要对评估函数中权重因子进行系数整定的缺点，公开号为CN107453664A的中国发明专利提出了一种优化算法，通过将控制目标统一为对定子磁链矢量的控制，消除了评估函数权重因子整定工作，但该方法仍采用遍历法将每个可选矢量代入评估函数选取最优解，系统计算负担大。该算法在每个控制周期只作用一个基本电压矢量，使得开关频率不固定并且为达到较好的稳态性能，控制器需要输出较高的控制频率，增加了系统成本。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于有效开关时间的三相四开关永磁同步电机系统模型预测控制方法，引入了偏移电压矢量的概念，扇区判断时消去电容电压波动的影响，并在每个控制周期中作用了多个电压矢量，能直接得到三相四开关逆变器的有效开关时间；该控制算法的优化使预测计算的次数减少，避免了复杂的三角函数运算，系统计算负担降低，提高了电机系统静态运行性能。

一种基于有效开关时间的三相四开关永磁同步电机系统模型预测控制方法，包括如下步骤：

(1)通过测量得到电机的三相定子电流i_a～i_c和转子位置角θ_r，并对转子位置角θ_r进行微分得到电机转速ω_r，同时采集三相四开关逆变器中A相上桥臂电容电压V_C1和A相下桥臂电容电压V_C2；

(2)根据步骤(1)中采集到的信息计算出电机的磁链补偿量Ψ_{dq_com}以及磁链给定矢量Ψ_{dq_ref}；

(3)根据电容电压V_C1和V_C2确定偏移电压矢量V_off，进而结合d-q坐标系下的磁链给定矢量Ψ_{dq_ref}计算出电机在α-β坐标系下的偏移磁链误差矢量ΔΨ_{αβ_off}；

(4)根据偏移磁链误差矢量ΔΨ_{αβ_off}计算每个控制周期中三个基本电压矢量对应的持续作用时间t_MS、t_L、t_SS；

(5)根据偏移磁链误差矢量ΔΨ_{αβ_off}以及持续作用时间t_MS、t_L、t_SS确定每个控制周期中三相四开关逆变器B、C两相上桥臂开关器件对应的有效开通时间T_B和T_C，进而采用对称调制方法生成B、C两相开关器件的驱动信号，用以对电机系统施加控制。

进一步地，所述步骤(2)中通过以下公式计算电机的磁链补偿量Ψ_{dq_com}：