[发明专利]一种简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过当前转矩和定子磁链、参考转矩和参考定子磁链、定子磁链的角位置、下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算成本函数g值，将七个基本电压矢量集合带入成本函数中，模型预测控制原则是选择令成本函数最小的电压矢量；

S2、通过加入扇区位置信号以及转矩角信号判断，再次通过下一时刻的定子磁链幅值和转矩值计算成本函数g值，得出成本函数最小的电压矢量；

S3、加入当前转矩角的信号，以不同扇区位置信号和不同转矩角的范围作为限制条件，舍弃选择率低的电压矢量；

S4、根据成本函数均值、转矩脉动均方根误差、定子磁链脉动均方根误差、评价函数平均值和平均开关频率，以转矩角为20度为划分界限，采用简化备选电压矢量集合控制策略以减小模型预测控制的计算负担，实现直接转矩控制，转矩脉动均方根误差T_{rip_RMSE}计算如下：

其中，T_e为当前时刻的转矩，为参考转矩，n为样本数量；

定子磁链脉动均方根误差ψ_{rip_RMSE}计算如下：

其中，ψ_s为当前时刻的定子磁链，为参考定子磁链，n为样本数量；

评价函数平均值m_ave计算如下：

其中，n为样本数量，为参考定子磁链，为当前时刻的定子磁链，T_e^*为参考转矩，T_e为当前时刻的转矩，平均开关频率f_ave计算如下：

其中，N_switching为逆变器开关总次数，t为仿真时长。

2.根据权利要求1所述的简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，步骤S1中，根据永磁同步电机电压矢量图确定从原点到六边形六个顶点的六个基本电压矢量V₁～V₆和1个零电压矢量V₀，根据转矩和定子磁链确定出最小成本函数值的电压矢量，输出该电压矢量的开关状态；电压矢量备选集合如下：

6个非零电压矢量幅值为2U_dc/3，U_dc为直流母线电压，零电压矢量幅值为零。

3.根据权利要求2所述的简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，六个基本电压矢量V₁～V₆的角度集合α_1-6计算如下：

α_1-6∈{-θ_s(k),60°-θ_s(k),120°-θ_s(k),180°-θ_s(k),240°-θ_s(k),300°-θ_s(k)}

其中，θ_s(k)为静止坐标系下定子磁链角位置。

4.根据权利要求1所述的简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，成本函数值g和成本函数均值g_ave计算如下：

其中，n为样本数量，T_e^*为参考转矩，T_e(k+1)为下一时刻的转矩，为参考定子磁链，为下一时刻的定子磁链。

5.根据权利要求4所述的简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，定子磁链和转矩变化如下：

其中，p为表贴式永磁同步电机极对数，L_d为定子电感在d轴的电感分量，Δt为电压矢量的作用时间，为当前时刻的定子磁链，为当前_k时刻要施加的电压矢量，ψ_f为转子磁链，δ为转矩角，α为电压矢量与定子磁链的夹角。

6.根据权利要求2所述的简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，简化备选电压矢量集合控制策略如下：

定子磁链扇区θ₁内，转矩角δ20°，备选电压矢量集合为7个基本电压矢量{V₀,V₁,V₂,V₃,V₄,V₅,V₆}，δ≥20°，备选电压矢量集合为{V₀，V₂，V₃，V₅，V₆}；在扇区θ₂内，备选电压矢量集合为{V₀，V₁，V₃，V₄，V₆}；在扇区θ₃内，备选电压矢量集合为{V₀，V₁，V₂，V₄，V₅}；在扇区θ₄内，备选电压矢量集合为{V₀，V₂，V₃，V₅，V₆}；在扇区θ₅内，备选电压矢量集合为{V₀，V₁，V₃，V₄，V₆}；在扇区θ₆内，备选电压矢量集合为{V₀，V₁，V₂，V₄，V₅}。