[发明专利]基于不固定矢量作用时间的永磁电机直接磁链控制方法有效

专利信息
申请号: 201910798136.4 申请日: 2019-08-27
公开(公告)号: CN110492821B 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 宋战锋;胡思雨 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: H02P21/28 分类号: H02P21/28;H02P6/10;H02P6/34
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 李林娟
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 基于 固定 矢量 作用 时间 永磁 电机 直接 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于不固定矢量作用时间的永磁电机直接磁链控制方法,包括:建立永磁同步电机的数学模型,将磁链参考值与电压矢量作用之后的磁链实际值表示为矢量作用时间的函数;将随时间变化的磁链分量考虑进代价函数中,通过求导得到使代价函数取得最小值时候选矢量的作用时间;将所有候选矢量及对应的作用时间代入代价函数中,通过遍历将取得最小代价函数值时的电压矢量及其作用时间筛选出,作为最优解;提出基于固定采样时间间隔的占空比更新方案,根据不同的最优电压矢量切换顺序更新对应的占空比,实现电压矢量以对应的作用时间作用于永磁电机的目的。通过本方法得到更加合适的电压矢量及其对应的作用时间、使定子磁链更加精确的跟踪到参考值,有效降低转矩波动和电流中的谐波含量。

技术领域

本发明涉及电机系统及控制领域,尤其涉及一种基于不固定矢量作用时长直接磁链控制策略的永磁电机控制方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)由于其具有高功率密度、高效率和宽广的调速范围等优势已广泛应用于各种工业应用中,包括:高精度伺服控制系统、电动汽车和风力发电等领域。因此,永磁同步电机的控制方法一直是电机驱动领域的研究热点。在一些主流的矢量控制策略中,有限集模型预测控制策略(FCS-MPC)被认为是最具前景的控制方法。首先,此控制方法在电压源型逆变器永磁同步电机(VSI-PMSM)驱动系统中实现起来较为容易。依据永磁同步电机的数学模型,建立起被控对象的目标函数,随之最小化被控对象的预测值与参考值之间的误差,可以实时地解决很多特定的最优化问题。其次,有限集模型预测控制策略直接控制电压源型逆变器的开关状态,省去了脉冲宽度调制(PWM)模块,更有助于加快动态响应。此外,有限集模型预测控制策略通常被用于电机的转矩预测控制策略中。基于精确的数学模型,特定变量的演化过程可以从模型预测转矩控制策略中(MPTC)得到。通过建立包含转矩和磁链矢量误差的代价函数并评估所有候选的电压矢量,选出使代价函数值最小的一组电压矢量作为输出应用到驱动系统中,可以有效改善系统性能。

然而,此控制策略在实际应用中也有诸多问题。首先,在数字化实现过程中,采样间隔设定为固定值,会导致定子电流中出现高次谐波。其次,由于只有八个基本电压矢量可作用于减小被控目标预测值和参考值之间的误差,故此控制策略的自由度相对较低,很难达到较为精确的控制性能。通过以上分析可以发现,传统的有限集模型预测控制算法因为电压矢量作用时间固定,磁链矢量难以精确地跟踪到参考值,因此通常存在较大的磁链差值,引起较大的转矩波动,并增加电流中的谐波成分。有相关研究人员通过提高开关频率来改善这一现象,但不可避免地会加大开关损耗,对系统产生不良影响。此外,在模型预测转矩控制策略中,代价函数中权重系数的选择也是一个较为复杂的过程,通常由大量的实验数据得到。

因此,为了提高控制器的控制性能,使磁链的跟踪效果更加精确,进而降低转矩波动,获得动态响应更快、更加稳定的控制系统,对传统的模型预测转矩控制策略进行改善则显得尤为必要。

传统的有限集模型预测控制算法因为电压矢量作用时间固定,磁链矢量难以精确地跟踪到参考值,因此通常存在较大的磁链差值,引起较大的转矩波动,并增加了电流中的谐波成分。

发明内容

本发明提供了一种基于不固定矢量作用时间的永磁电机直接磁链控制方法,本发明通过增加了一个关于时间t的自由度,不固定电压矢量作用时间;并将随时间变化的磁链分量考虑进代价函数中,提出两步代价函数最小化方法,通过该方法求出更加合适的电压矢量及其对应的作用时间;在实际实施过程中,为了将求得的最优电压矢量作用于永磁电机,又提出基于固定采样时间间隔的占空比更新方案,根据不同的最优电压矢量切换顺序更新对应的占空比,即可实现电压矢量以对应的作用时间作用于永磁电机;从而使定子磁链更加精确的跟踪到参考值,有效降低转矩波动和电流中的谐波含量,详见下文描述:

一种基于不固定矢量作用时间的永磁电机直接磁链控制方法,所述方法包括:

建立永磁同步电机的数学模型,将磁链参考值与电压矢量作用之后的磁链实际值表示为矢量作用时间的函数;

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