[发明专利]基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法。本发明一种基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法，包括：合理设置成本函数并得到多步预测下的成本函数的表达式，将成本函数经过矩阵转换转变为一个最小二乘问题，得到理想状态下成本函数的最优解，将理想状态下最优解的3个矢量合成并判断合成矢量所在的扇区，从而减少多步预测的计算量。本发明的有益效果：发明通过采用扇区划分算法减少多步预测的在线计算量，比一步预测拥有更好的控制效果，同时计算量较传统遍历法得到大幅降低，因此对实现永磁同步电机高性能控制具有重要意义。

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，具体涉及一种基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机采用电力电子变频器实现变频调速，具有体积小、质量轻、功率密度高、转矩输出能力强、可靠性高等优点，目前已广泛应用于船舶、农业、航空航天、铁路运输、数控机床、电动汽车以及机器人控制等领域。

目前应用较广泛的主要是矢量控制和直接转矩控制。与直接转矩控制相比，模型预测控制在矢量选择上更加准确有效，它通过对电机状态进行预测，来选取当前时刻的最优电压矢量，从而能够获得更好的稳态性能。与矢量控制电流环相比，模型预测控制不再使用PI调节器，无需参数整定，直接通过模型预测控制算法产生变换器驱动信号，省去了PWM调制环节，同时，它还可以利用成本函数增加其他控制目标并处理系统约束。

模型预测控制具有动态响应快、电流控制性能好、易于考虑系统非线性约束、控制灵活等特点。

传统技术存在以下技术问题：

传统的电流预测控制通过一步电流预测可以得到很好的控制效果，但是一步电流预测控制方法在系统进入稳态过程中转速波动较大且进入稳态后电流谐波较大。使用传统遍历方法的多步预测控制虽然可以带来更好的控制效果，但随之而来的是呈指数增长的计算量，不利于系统的在线执行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法，通过扇区划分的方法判断下一时刻最佳开关状态所在的扇区，从而减少多步预测的计算量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于扇区划分算法的永磁同步电机多步预测控制方法，包括：

合理设置成本函数并得到多步预测下的成本函数的表达式，将成本函数经过矩阵转换转变为一个最小二乘问题，得到理想状态下成本函数的最优解，将理想状态下最优解的3个矢量合成并判断合成矢量所在的扇区，从而减少多步预测的计算量。

在其中一个实施例中，具体包括：

首先对表贴式永磁同步电机的基本数学模型进行分析，得到旋转坐标系下的定子电流状态方程；

设计成本函数，考虑电流预测值与参考值之间的误差以及前后时刻开关变化产生的开关损耗；

将多步预测下的成本函数通过矩阵转换将耦合多变量的成本函数转变为一个易于计算的最小二乘问题；

得到最小二乘下理想的逆变器开关状态，将理想状态下最优解的3个矢量合成并判断合成矢量所在的扇区；

遍历组成该扇区的两个开关矢量与零矢量，选择使成本函数最小的开关状态，该状态便是下一时刻采用的开关状态。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。

一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。

本发明的有益效果：