[发明专利]一种改进电流环的永磁同步电机控制方法

说明书

本发明公开了一种改进电流环的永磁同步电机控制方法，计算确定永磁同步电机q轴电流指令值；将电机定子端三相电流信号转换为旋转两相dq坐标轴系下的电流信号；确定不同开关状态下的电机定子dq轴电流变化率：计算确定零矢量和有效电压矢量的作用时间：确定定子电流预测值：确定使约束函数取得最小值的驱动变换器abc三相开关状态：将得到的开关状态输送至永磁同步电机驱动变换器以驱动永磁同步电机。本发明实现了在较低的开关频率条件下，获得与传统矢量控制相同的稳态性能和更好的动态性能的控制目标，降低了永磁同步电机驱动变换器的损耗，提高了驱动变换器的效率和可靠性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种改进电流环的模型预测永磁同步电机控制方法。

背景技术

随着稀土永磁材料的发展，永磁同步电机因其功率密度高、驱动能力强、运行可靠等特点得到了广泛的关注。在一些具有高性能要求的领域，如航空、汽车以及轨道交通等领域中，永磁同步电机正发挥着越来越重要的作用。

目前在永磁同步电机控制领域，传统矢量控制方法得到了广泛的应用。矢量控制基于坐标变换，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，从而对电机磁场和电磁转矩进行解耦控制。传统矢量控制方法具有精度高、稳态性能好的优点，但由于存在积分饱和问题，使其动态响应性能较差；且无法考虑永磁同步电机的运行约束等特点，进一步限制了其在高运行性能领域的应用。因此人们提出了引入基于估算电机磁链和转矩的直接转矩控制方法。直接转矩控制方法基于计算得到的电机磁链和转矩，来控制电机定子磁链从而直接控制永磁同步电机的输出转矩，该方法具有良好的动态性能。但转矩波动大，稳态性能较差，虽然可以通过矢量合成的方法改善转矩波动，但相应的增大了永磁同步电机驱动变换器的开关频率，降低了驱动系统的效率。

模型预测控制技术基于系统模型实时计算出所需变量的预测值，并根据预设的指标函数滚动优化出最优解。其具有控制思想简单，控制方式灵活，无需参数整定的特点，且易于考虑系统运行约束。因此在交流系统调速领域，模型预测控制越来越受到人们的重视。目前，国内外学者已对适用于永磁同步电机的模型预测控制技术开展了研究，如已公开的下列文献：

(1)王东文,李崇坚,吴尧,佟宁泽.永磁同步电机的模型预测电流控制器研究[J].电工技术学报,2014,29(S1):73-79.

(2)张永昌,杨海涛,魏香龙.基于快速矢量选择的永磁同步电机模型预测控制[J].电工技术学报,2016,31(6):66-73.

文献(1)采用电流预测优化控制的方法实现了对电流的前馈和反馈控制，消除了永磁同步电机d轴和q轴电流的非线性耦合，获得了比传统矢量控制更好的动态性能；但此方法增加了控制系统的复杂性和对永磁同步电机定子参数的依赖，同时，此方法将计算得到的电压矢量直接输出，失去了模型预测控制方法易于考虑系统运行约束这一优势。

文献(2)提出以最小化电压矢量跟踪误差代替最小化电流矢量跟踪误差来降低算法的复杂度和计算量。该方法仅需一次预测即可选出最优电压矢量，但由于控制精度较低，无法获得较好的稳态控制效果，且并没有考虑将开关频率纳入约束方程中。

发明内容

针对现有控制技术的不足，本发明的目的在于提供一种改进电流环的模型预测永磁同步电机控制方法。该方法基于三矢量模型预测控制的原理，获得了与传统矢量控制相同的静态效果和更好的动态效果；同时，提出了计及驱动变换器开关频率的约束函数，从而降低了永磁同步电机驱动变换器的开关频率，提高了可靠性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种改进电流环的永磁同步电机控制方法，本方法涉及对永磁同步电机驱动变换器的控制；具体控制步骤如下，

1)采集永磁同步电机定子端三相电流信号i_sabc、电机转速ω及直流母线电压u_dc；