[发明专利]一种感应电机模型预测直接转矩控制方法

权利要求书

1.一种感应电机模型预测直接转矩控制方法，其特征在于，按照如下步骤实现：

步骤S1、测量：在t_k时刻采样获得定子电流i_s(k)；

步骤S2、估算：分别用式(1)、(2)估算t_k时刻的转子磁通和定子磁通；

式中，为t_k时刻的转子磁通；为t_k-1时刻的转子磁通；为t_k时刻的定子磁通；T_s为采样周期；R_r为转子电阻；L_s、L_r和L_m分别为定子电感、转子电感和定转子互感；

k_r为转子耦合系数；ω(k)为t_k时刻的转子角速度，j是虚数标记；

步骤S3、延时补偿：启动过电流保护，把上一循环获得的最优电压矢量v_best(k-1)代入到式(3)、(4)、(5)分别得到t_k+1时刻的定子磁链、定子电流和电磁转矩；

式中，ψ_sp(k+1)为t_k+1时刻的定子磁链；i_sp(k+1)为t_k+1时刻的定子电流；为t_k+1时刻的定子磁链的共轭；T_p(k+1)为t_k+1时刻的电磁转矩；R_s为定子电阻；τ_σ＝σL_s/R_σ；Im{}为{}内复数的虚部；p为极对数；v_s(k)为t_k时刻的定子电压矢量；τ_r为转子时间常数；ω(k)为t_k时刻的转子角速度；

步骤S4、筛选电压矢量：根据相邻电压矢量原理结合扇区划分表、电压矢量选择表从8个电压矢量中筛选出3个电压矢量；

步骤S5、转矩变化量计算：在t_k+1时刻计算转矩变化量ΔT_i(k)；

ΔT_i(k)＝T_p,i(k+1)-T_p,i(k) (6)

式中T_p,i(k+1)为t_k+1时刻的电压矢量V_i对应的电磁转矩；ΔT_i(k)为电压矢量V_i对应的转矩变化量；

步骤S6、简化两步预测：用式(7)预测t_k+2时刻的定子磁链，再将获得的t_k+1时刻的电压矢量V_i对应的电磁转矩和电压矢量V_i对应的转矩变化量ΔT_i(k)相加获得t_k+2时刻的电压矢量V_i对应的电磁转矩；

ψ_sp(k+2)＝ψ_sp(k+1)+T_sv_s(k+1)-R_sT_si_s(k+1) (7)

T_p,i(k+2)＝T_p,i(k+1)+ΔT_i(k) (8)

其中，T_p,i(k+2)为t_k+2时刻的电压矢量V_i对应的电磁转矩；

步骤S7、选择最优电压矢量：把步骤S6获得的目标量预测值代入到式(9)，将筛选后的3个电压矢量分别对应的代价函数值进行排序，把最小值对应的电压矢量作为最优电压矢量；

式中λ为权重系数，该值被用于调节转矩与定子磁链控制所占的比重；g_i,j为代价函数，i为对应电压矢量编号；T^*为电机转矩额定值；ψ_sp,i(k+2)为t_k+2时刻的电压矢量V_i对应的定子磁链；T_p,j(k+3)为t_k+3时刻的电压矢量V_i对应的电磁转矩；ψ_sp,j(k+3)为t_k+3时刻的电压矢量V_i对应的定子磁链；|ψ^*_s|为电机定子磁链额定幅值；

步骤S8、将最优电压矢量应用在下一个采样周期，返回步骤S1；

所述步骤S4具体实现如下：

将磁链空间划分为6个扇区，其中，θ是定子磁链位置，N＝1，2，…，6，ψ_sβ、ψ_sα分别是定子磁链在β轴、α轴上的磁链数值，可估算如下：

θ＝arctan(ψ_sβ/ψ_sα)

(2N-3)π/6≤θ(N)≤(2N-1)π/6

由此构建扇区划分表；

而后依据：当δTe0时，所选择的电压矢量必须能增加预测电磁转矩，可沿逆时针方向移动定子磁链轨迹并增加电磁转矩的矢量；当δTe0时，所选择的电压矢量必须能减小预测电磁转矩，可沿顺时针方向移动定子磁链速度轨迹并减小电磁转矩的矢量；当δTe＝0时，使用零电压矢量来阻止定子磁通的位移；其中，T_e为电磁转矩参考值；电磁转矩预测值；δTe为电磁转矩参考值与预测值之差；

由此构建电压矢量选择表；

基于扇区划分表、电压矢量选择表，根据定子磁链位置所处扇区，即可从8个电压矢量中筛选出3个电压矢量。