[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

说明书

本发明公开了基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，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；本发明提出了一种新的占空比求解方法，可以很方便的求出有效电压矢量在一个采样周期的作用时间，使定子磁链矢量可以更好地跟随给定值；因为本发明的有效电压矢量根据最优跟踪效果不再作用整个采样周期，而是选择最优作用时间，在相同的开关频率下可以有效地降低转矩的稳态波动。

技术领域

本发明属于永磁同步电机模型预测磁链控制领域，具体涉及基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制。

背景技术

永磁同步电机具有高功率密度、高转矩以及结构简单等优点，已在伺服系统、电动汽车、风力发电等工业领域具有广泛的应用。因此，对永磁同步电机控制算法的研究一直以来都是热点。模型预测控制因具有建模简单、滚动优化，有效解决多变量有约束的系统等优点，可以满足在某些工业领域对电机控制精度的要求，在电机控制策略得到了成功应用。

模型预测控制根据优化目标不同可以分为模型预测磁链控制和模型预测转矩控制，两种控制方法都是根据被控对象离散化的数学模型，构造代价函数，对控制目标进行动态优化的过程，但是模型预测转矩控制在代价函数的构造过程中需要对转矩误差和磁链幅值误差之间的加权因子进行整定，目前只能依靠经验方法对参数进行整定，并没有理论上的整定方法，因此预测磁链控制具有更简单的控制方案，受到更为广泛的关注。无论有限集预测磁链控制还是连续集预测磁链控制，稳态转矩波动大始终是一个限制预测控制发展的主要问题，因此降低稳态转矩波动是目前预测控制研究的主要热点之一。

使用多电平变流器是解决上述问题的直接方法，但会增加控制系统的复杂程度，对于传统的扩展矢量模型预测磁链控制，转矩的稳态波动仍较大，为了进一步改善预测磁链控制的稳态性能，提升动态响应速度，为此，提出了基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制。

发明内容

本发明的目的在于提供基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，以解决上述背景技术中提出的会增加控制系统的复杂程度，对于传统的扩展矢量模型预测磁链控制，转矩的稳态波动仍较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制，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。

优选的，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_s i_s+ψ_r