[发明专利]一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法

说明书

一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，步骤1：静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，平面和x‑y平面不再正交。步骤2：选择控制x‑y子平面的y轴方向电压矢量为零。步骤3：根据伏秒平衡原理，可以求出对应矢量的作用时间，此时在子平面一共得到8个非零合成矢量。这些合成矢量可以保证x‑y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗。步骤4：应用上述合成矢量。步骤5：零矢量和步骤3中的8个非零合成矢量共提供9个可选矢量，由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的五相永磁同步电机一相开路预测控制，将合成矢量应用到故障后的模型预测电流控制中，具体具有以下优点：1）代价函数中不再包含谐波项，简化了权重系数的选择。2）每个采样时刻的迭代次数从16次变为9次，可以有效减小系统的计算量。

技术领域

本发明涉及一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制，属于多相电动机的控制技术领域。

背景技术

在要求低压大功率和高可靠性的场合，相比于传统的三相电机，多相电机驱动系统获得了越来越多的关注，比如电动汽车、船舶电力推进、全电飞机、风力发电等。容错性能是多相电机驱动系统一个突出的特点，当一相或几相绕组发生故障时，利用相数的冗余，在不改变电路硬件结构的前提下，通过适当的控制策略，能够实现故障后的无扰容错运行。

电机故障主要包括开路和短路两种形式，而短路故障可以通过故障隔离等效为开路形式。故障发生后，系统不再对称，会产生大量谐波电流和脉动转矩，影响控制系统的性能。现有的多相系统容错控制方法主要有两种：一种是基于解析法的滞环电流控制，通过求解多元非线性方程组，得到剩余健康相电流的相位和幅值参考，然后通过滞环比较的方式实现对电流的控制，但该方法计算复杂，无法实现在线计算，并且不适用于大功率场合。另一种采用空间矢量解耦的方法，建立电机故障后的降维解耦数学模型，并实现基于转子磁场定向的矢量控制，但不同故障类型对应的降维解耦模型不同，算法缺乏通用性。

有限集模型预测电流控制采用离散的系统状态方程，直接预测下个控制周期被控对象的状态，然后枚举逆变器的开关状态，通过迭代选择出使目标代价函数最小的开关状态作为最优解输出。预测电流控制算法简单，可以同时实现多目标优化，易于在线实现。但其也存在明显的问题：在线计算量大；代价函数中包含多个性能约束时，权重系数的设计复杂。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种五相永磁同步电机一相开路预测电流控制方法，其目的是解决以往所存在的问题，其针对现有的技术缺陷，在故障后的预测控制中，使用合成矢量可以有效减小计算量，同时代价函数中不再包含谐波平面的变量，权重系数设计简单。

技术方案：

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：为保证故障后α-β平面的定子电流为圆形轨迹，静止坐标变换矩阵采用非解耦矩阵，α-β平面和x-y平面不再正交。

步骤2：对于具有一个中性点并且不与直流母线中点相连的五相电机而言，一相开路后，除去中性点电流之和为零这一约束，系统还有3个控制自由度，其中控制磁链幅值和转矩的α-β子平面占据两个，因此系统还剩余1个可控自由度，此时选择控制x-y子平面的y轴方向电压矢量为零。

步骤3：为了使x-y子平面的y轴方向合成电压矢量为零，根据伏秒平衡原理，可以求出对应矢量的作用时间，此时在α-β子平面一共得到8个非零合成矢量。这些合成矢量可以保证x-y谐波平面的y轴电流分量为零，从而减小系统损耗。

步骤4：应用上述合成矢量，代价函数由简化为其中，k₁、k₂和k₃为权重系数；为第k+1个采样时刻的电流参考值，I_α(k+1)、I_β(k+1)、I_y(k+1)为第k+1个采样时刻的电流实际值。