[发明专利]永磁同步电动机低复杂度预测控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电动机低复杂度预测控制方法，其中控制电路包括三相全桥逆变电路、检测电路、驱动电路以及控制电路，通过计算位置反馈得出当前时刻电动机的转速，与位置反馈值、电流信号一起传输给控制电路；通过控制电路内部的通用永磁同步电动机离散数学模型计算出下一时刻的电流预测值，依据当前采样电流、参考电流的位置关系设计开关状态判据，满足判决的开关状态计算目标函数，得到使目标函数最小的开关状态输出，控制逆变电路上各桥臂的开关。本方法通过参考电流和电流矢量的关系，设计简单判据，来对电压矢量进行预先判断，有效的减小了每次所需计算开关状态的个数，很大程度上降低了算法的计算量以及控制的复杂度。

技术领域

本发明涉及永磁同步交流电动机驱动系统变频调速控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电动机低复杂度预测控制优化方法。

背景技术

永磁同步电机作为永磁电机的一种，通过在转子中加入永磁体，使得控制系统无励磁环节；在对电机尺寸和重量有要求的场合，如电动汽车、航空航天等领域高性能伺服驱动系统中有广泛应用。由于其内部磁场在内部空间的分布不垂直，具有耦合关系，经常将其描述为一非线性、多变量、强耦合的系统。针对这样的系统，目前较为常见的控制方案是基于线性控制理论的矢量控制和非线性滞环控制理论的直接转矩控制。随着控制系统的约束要求越来越多，基于经典控制理论的控制方案需要不断改进和革新。

随着微处理器和半导体功率开关器件的迅速发展，数字控制平台的计算能力越来越强。采用预测控制理论的新型控制方案，为实现多种约束条件下对电机的高效控制的实现提供了可能。该理论通过利用被控对象数学模型，预测系统未来输出，然后根据预先设定的目标函数(可包含多个约束)，选出下一时刻令目标函数最小的控制输出。针对两电平或多电平逆变器驱动的永磁同步电动机，设计含有相关约束条件的目标函数，根据当前时刻的状态值，同时利用永磁电动机数学模型，计算出令目标函数最小的逆变器开关状态，直接控制电动机运行。

根据逆变器开关状态集合的大小不同，在进行目标函数计算时，需要逐个计算不同开关状态下的目标函数值。因此，随着开关状态数量的增加，求最佳开关状态所需计算量也越大。对于多电平逆变器驱动的永磁同步电机来说，其计算量非常大，在微处理器中实现比较困难。

对于预测控制算法在开关状态集合较大时的计算量大的问题，国内外在这方面的研究已经取得了一定成果。但如何通过更加简单有效的方法来减小备选开关状态，依然需要进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电动机低复杂度预测控制方法，根据电流矢量与电压矢量位置关系，以减小开关状态结合，降低控制算法的复杂度，从而使方法具有良好的适应性和可扩展性。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种永磁同步电动机低复杂度预测控制方法，所述的电动机采用三相全桥逆变电路作为驱动电路，所述的方法包括以下步骤：

步骤1，设定速度参考值，根据给定的速度参考值与电动机的速度反馈值的差值进行PI调节，得到参考电流；

步骤2，采样得到电动机定子三相绕组的电流数据，将该采样数据变换到dq坐标系下的坐标；

步骤3，根据转子位置角度，将三相全桥逆变电路在不同开关状态下对应的电压矢量转换到dq坐标系下；

步骤4，以步骤2得到的转换后的坐标为终点，dq坐标轴原点为起点，可得当前采样电流向量；

同样以坐标轴原点为起点，以PI调节计算得到的参考电流为终点，可得参考电流向量；

根据采样电流向量、参考电流向量的位置关系，以及电压矢量在dq坐标系下的数值，筛选在当前采样电流向量、参考电流向量之间的电压矢量；