[发明专利]一种无刷双馈感应电机的调制模型预测控制方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种无刷双馈感应电机的调制模型预测控制方法及系统，采用功率侧定子磁链定向控制算法，利用调制模型预测控制器实现无刷双馈感应电机的精确控制，本发明保证了无刷双馈感应电机调速系统的静态性能，在负载、速度突变的情况下得到快速的动态响应性能。克服了现有无刷双馈感应电机的控制方案解耦复杂、动态性能差的缺点。本发明通过固定的开关频率得到良好的输入输出电流波形质量、得到更高的无功功率控制精度和更低的转矩波动。且该方法实现简单，有助于推动无刷双馈感应电机的工业应用进程。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，更具体的，涉及一种无刷双馈感应电机的调制模型预测控制方法及系统。

背景技术

电机(Electric machinery，俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁系统。无刷双馈感应电机继承了笼型、绕线式感应电机和电励磁同步电机的优点，能够实现自启动、异步、同步和双馈等多种运行方式，具有良好的启动特性和运行性能。较之于普通双馈感应电机，该电机无电刷和滑环结构，大大降低了系统成本，提高了系统稳定性。然而，由于无刷双馈感应电机具有两个定子绕组和一个转子绕组，定子两套绕组的旋转磁势对转子绕组均有耦合，但只有一个定子绕组可以控制，使得系统解耦难度和控制难度增加。

在现有的控制方案中，标量控制根据电机稳态关系，通过控制侧磁链幅值和相位角达到控制电机的目的，虽然该方案较易于实现，但是存在稳态和动态性能差的缺点，难以适用于转速突变和系统动态性能要求较高的场合；对直接转矩控制而言，磁链的观测依赖于电机参数，且容易存在零点漂移等问题，而开关表的建立规则受限于磁链和电磁转矩的大小，该方案的开关频率不稳定，会导致电磁转矩脉动，且低速性能较差。矢量控制中，由于其线性特性不考虑电压源转换器的离散操作，且在矢量控制实现时需要矢量转换，使得该控制方案有些复杂且耗时。

发明内容

本发明为解决传统无刷双馈感应电机调速控制方法解耦复杂、动态性能差的缺陷，提供一种无刷双馈感应电机的调制模型预测控制方法及系统。

第一方面，本发明提供一种无刷双馈感应电机的调制模型预测控制方法，包括：

采集无刷双馈感应电机的参数；其中，所述参数包括三相静止坐标系下的电机功率侧定子绕组的三相相电压、电机功率侧定子绕组的三相相电流以及电机控制侧定子绕组的三相相电流；

将所述电机功率侧定子绕组的三相电压进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下电机功率侧的两相电压u_1α和u_1β；将所述电机功率侧定子绕组的三相电流进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的两相电流i_1α和i_1β；

根据所述电机功率侧的两相电压和两相电流，分析获取电机控制侧定子磁链角θ₂；以所述电机控制侧定子磁链角θ₂为变换角，将所述电机控制侧定子绕组的三相电流进行克拉克变换和帕克坐标变换，获得所述电机控制侧定子电流实测值的dq轴分量；

获取控制侧定子电流的dq轴指令信号；

将所述电机控制侧定子电流实测值的dq轴分量以及所述控制侧定子电流的dq轴指令信号输入调制模型控制器，获取控制侧定子电压的开关序列，将所述开关序列产生的开关驱动信号通过驱动电路作用于电机控制侧的电压源变换器。

其中，所述根据所述电机功率侧的两相电压和两相电流，分析获取电机控制侧定子磁链角θ₂具体包括：

根据功率侧定子电压方程，利用电机功率侧的两相电压和两相电流，计算功率侧定子磁链在两相静止坐标系下的分量分别为：