[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

说明书

本发明公开了一种简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，计算成本函数g并带入七个基本电压矢量集合，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；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；根据成本函数均值、转矩均方根误差、定子磁链均方根误差、评价函数均值和平均开关频率，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。本发明在保持良好的控制性能的前提下，同时又减轻了预测计算负担，有效提高系统实时性能。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法。

背景技术

直接转矩控制技术基于定子磁链坐标系并直接将转矩作为控制对象，避免了旋转坐标变换时的大量计算以及对电机参数的依赖性，其动态性能好，转矩响应时间短。

表面式永磁同步电机直接转矩预测控制系统中，有六个基本电压矢量和两个零电压矢量，引入评价函数，从转矩误差和定子磁链误差两个方面综合考虑，直接根据定子磁链在静止坐标的角位置，输出评价函数最小的电压矢量。但是伴随着变量和运算函数，增加了预测计算运行的时间和复杂程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于电压矢量利用率趋势简化有限状态集模型预测直接转矩控制的方法，进而优化控制系统性能。

本发明采用以下技术方案：

一种简化有限状态集模型预测直接转矩控制方法，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、转矩均方根误差、定子磁链均方根误差、评价函数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。

具体的，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V₀～V₆和1个零电压矢量，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。

进一步的，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。

具体的，步骤S1中，成本函数值g和成本函数均值g_ave计算如下：