[发明专利]一种永磁同步电机无差拍转矩预测控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无差拍转矩预测控制方法，基于永磁同步电机数学模型，推导出电机的电磁转矩差分方程和定子磁链幅值平方的差分方程，并通过求解由这两个方程构成的二元一次方程组，计算满足电磁转矩和定子磁链无差拍控制的电机定子电压给定，该系统能够在一个控制周期内实现电机电磁转矩和定子磁链输出跟随参考值。本发明相比传统直接转矩控制方法，转矩和磁链响应速度更快，并且由于采用空间矢量脉宽调制策略，逆变器开关频率恒定，转矩磁链纹波更小，系统损耗更低；与传统无差拍直接转矩控制方法相比，本发明计算量更小，更易于在数字控制系统中实现。

技术领域

本发明涉及电机控制方法，尤其涉及一种永磁同步电机无差拍转矩预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机效率高，转矩密度大，非常适合于应用在需要较大转矩输出的场合，比如电动汽车驱动系统。目前，永磁同步电机控制策略主要有矢量控制和直接转矩控制，矢量控制以控制电机定子电流为目的，直接转矩控制则直接控制电机的输出转矩。因此在对转矩响应速度要求较高的场合直接转矩控制更有优势。然而在传统直接转矩控制中，转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器，这使得电机驱动器的开关频率不固定，损耗较大，同时转矩磁链脉动也较大。为了解决这一问题，结合空间矢量脉宽调制(Space VectorPulse Width Modulation,SVPWM)的直接转矩控制已得到研究和应用，然而，相比于传统直接转矩控制，SVPWM直接转矩控制的转矩响应速度有所降低。近年来无差拍直接转矩控制受到研究者的关注，其中较典型的是无差拍直接转矩磁链控制(Deadbeat Direct Torqueand Flux Control,DB-DTFC)方法。该方法可实现转矩和磁链在一个控制周期内跟随给定值，但是其算法过于复杂，对数字控制器的要求较高。

为了解决目前直接转矩控制领域存在的问题，在保持直接转矩控制高响应速度的前提下改善其性能，无差拍直接转矩控制系统需要进一步研究和完善。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机无差拍转矩预测控制方法。

技术方案：一种永磁同步电机无差拍转矩预测控制方法，包括如下步骤：

(1)定义f_dq＝f_d+j·f_q，其中j为虚数单位，f表示电压v、电流i或者磁链ψ；

(2)获取k时刻电机的相电流i_abc、相电压v_abc、转速信号和转子位置θ_e(k)，并通过坐标变换得到同步旋转坐标系下电机的电流i_dq(k)和电压v_dq(k)；所述相电压根据控制信号直接计算；所述转速信号包括转子实际转速n(k)和电角速度ω_e(k)；

(3)设计电流观测器和磁链观测器，利用k时刻电机的电流电压测量值i_dq(k)、v_dq(k)预测k+1采样时刻电机的电流和定子磁链并结合电机极对数p进一步计算k+1时刻电机电磁转矩

(4)利用给定转速n^*与实际转速n(k)，通过转速环控制器计算电磁转矩给定值T_e^*，并进一步计算电磁转矩给定值与k+1时刻预测值的偏差ΔT_e：

(5)计算k+1时刻定子磁链幅值的平方

计算定子磁链幅值平方的给定与的偏差Δ(ψ_s²)：