[发明专利]基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制

权利要求书

1.基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，其特征在于，包括：

建立了永磁同步电机离散化的数学模型，阐述了传统有限集模型预测控制通过穷举法得到最优电压矢量的方案；

说明了增加虚拟矢量的具体方法，并对于扩展矢量计算负担较大的问题，本发明采用了磁链误差矢量位置判断的方法，有效的减少了代价函数穷举的次数，方便算法的实现；

针对传统扩展矢量模型预测控制稳态波动仍比较大的问题，本发明提出了一种新的占空比求解方法，基于定子磁链误差矢量和电压矢量作用一个采样周期定子磁链的增量，同时考虑两者幅值的比值，可以得到电压矢量在一个采样周期的作用时间，使得磁链可以更好的跟随给定值，降低转矩的稳态波动；

为进一步提升扩展矢量预测控制的动态性能，本发明提出了一种混合控制方案，根据代价函数的优化结果可判断电机处于动态还是稳态，可以直接转矩控制具有良好的动态快速性能，且可以在电机处于动态时使用直接转矩控制策略改善动态性能。

2.根据权利要求1所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，其特征在于：所述永磁同步电机数学模型：

在两相静止坐标系下建立永磁同步电机的数学模型，定子磁链与电压的关系可表示为：

ψ_s＝L_si_s+ψ_r

式中，ψs和ψr分别为定子磁链和转子磁链；Rs和Ls分别为定子电阻和定子电感；us和is分别为定子电压和定子电流；

电磁转矩Te表达式为：

式中，p表示电机的极对数；

定子磁链与转子磁链之间的角度θes表示：

式中，ψs和ψr表示定子磁链的幅值和转子磁链的幅值。

预测模型中定子磁链的给定值ψs，ref的表达式为：

ψ_s,ref＝ψ_s,ref·e^{(θes+θe+2ωeTs)}

式中，θe为转子磁链的实际位置；Ts表示系统的控制周期；ωe表示定子磁链的转速。

3.根据权利要求2所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，其特征在于：在忽略定子电阻的情况下，采用一阶欧拉公式对公式(1)进行离散化处理可以得到磁链的预测模型：

ψ_s(k+2)＝ψ_s(k)+u_i(k+1)T_s+u_opt(k)T_s

式中，ui(k+1)表示不同开关状态对应的电压矢量，包括u1···u6六个有效矢量，以及u0和u7两个零矢量；k表示当前采样时刻；uopt(k)表示在k时刻作用的最优电压矢量；ψs(k)表示当前时刻定子磁链的实际值。

4.根据权利要求2所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，其特征在于：所述扩展矢量模型预测控制：

有限集模型预测磁链控制利用8个电压矢量对定子磁链矢量进行控制，首先构建式(6)所示的代价函数，然后选择使代价函数取最小值的电压矢量作为输出：

g＝(ψ_sα,ref-ψ_sα(k+2))+(ψ_sβ,ref-ψ_sβ(k+2))

式中，ψsα，ref和ψsβ，ref分别表示磁链在α、β轴的给定值。