[发明专利]一种基于占空比的模型预测转矩控制方法

说明书

一种基于占空比的模型预测转矩控制方法：在已有电机的六个基本有效矢量的基础上，增加六个虚拟矢量，同时建立以定子磁链定向的旋转坐标系，根据转矩和磁链增减需求分为四个扇区，每个控制周期每个扇区都包含三个待选矢量，则减少待选矢量个数，减少计算时间；针对三个待选电压矢量，根据转矩误差和磁链误差分别计算三个待选矢量在本控制周期末达到转矩误差为零的转矩占空比和磁链误差为零的磁链占空比，根据转矩占空比和磁链占空比提出一种新的最优评价方法，不需要传统方法中的评价函数，从而也就消除了权重系数的问题；同时加入占空比算法，抑制传统单矢量作用控制导致的转矩脉动。在消除权重因子问题的同时，使转矩和磁链同时控制，因此使转矩和磁链具有更好的控制效果。

技术领域

本发明涉及一种预测转矩控制方法。特别是涉及一种基于占空比的模型预测转矩控制方法。

背景技术

在工业应用中，永磁同步电机(PMSM)控制系统被广泛应用，主要是由于其精度高、效率高、控制性能优良。在实际的永磁同步电机控制系统中，快速动态响应是决定整个系统性能的关键因素，因此，为了提高控制系统的动态性能，模型预测转矩控制(MPTC)由于其优异的动态响应能力得到了广泛的应用。传统两电平逆变器中，可以产生六个有效矢量和一个零矢量，通过电机模型预测下一周期电机状态，通过评价函数选出最优矢量，评价函数通常是由预测值和参考值的误差来组成的，选出最优矢量之后在下一控制周期输出作用于电机。

传统的模型预测转矩控制，为了实现转矩和磁链的同时控制，评价函数通常包含转矩误差和磁链误差，但由于转矩和定子磁链有不同的量纲，所以为了平衡转矩和磁链的性能，评价函数中的权重系数显得尤为重要，但由于缺乏理论设计过程，调整权重因子是一项艰巨的任务。除了权重因子的优化任务，模型预测转矩控制方法同时也面临着其他的挑战，如高转矩脉动和高计算负担。传统方法中，有效电压矢量数过少，如果一个周期作用整个有效矢量，必然会导致过高的转矩脉动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不需要评价函数，从而消除了权重系数的基于占空比的模型预测转矩控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于占空比的模型预测转矩控制方法，包括如下步骤：

1)在k时刻，由控制系统对电机转子电角速度ω_e，转子位置角θ，电机ABC三相电流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)，直流母线电压u_dc(k)进行采样，并求解ABC三相电流的d、q轴分量i_d(k)和i_q(k)；

2)将转速误差Δω_e通过PI调节器计算得到电磁转矩参考值T_e^*，定子磁链参考值ψ_s^*通过MTPA方法得到；

3)根据得到的ABC三相电流的d、q轴分量i_d(k)和i_q(k)，利用转矩公式得到k时刻的电磁转矩值T_e(k)，利用定子磁链计算公式计算得到k时刻定子磁链的d轴和q轴分量分别为ψ_d(k)和ψ_q(k)，根据坐标变换将定子磁链的d轴和q轴分量变换到α轴和β轴得到定子磁链在α轴和β轴的分量ψ_α(k)和ψ_β(k)，然后根据ψ_α(k)和ψ_β(k)求出磁链幅值ψ_s(k)和磁链角度θ_s；利用电磁转矩参考值T_e^*和定子磁链参考值ψ_s^*，求得k时刻的转矩误差T_{e_error}和磁链误差ψ_{s_error}；