[发明专利]一种非级联的永磁同步电动机无差拍预测控制方法

说明书

本发明公开了一种非级联的永磁同步电动机无差拍预测控制方法，具体包括如下步骤：步骤1，通过电流霍尔传感器获得永磁同步电动机的相电流，经过Clark变换模块将相电流转换为两相静止αβ坐标系下的电流，再经Park变换模块得到两相旋转dq坐标系下的直轴电流和交轴电流，同时由光电旋转编码器获得永磁同步电动机转子位置角，并将永磁同步电动机转子位置角θ用于Park变换模块，得到永磁同步电动机的角速度；步骤2，处理器根据转速、直轴电流，输出相应的控制信号给逆变器，从而使表贴式永磁同步电动机的实际转速跟踪给定转速。本发明将传统无差拍预测控制的转速环与电流环改为非级联结构的无差拍预测控制，避免了参数多不易整定的问题。

技术领域

本发明属于交流永磁同步电动机传动技术领域，涉及一种非级联的永磁同步电动机无差拍预测控制方法。

背景技术

永磁同步电动机因其具有结构简单、效率高、功率密度高等优点而广泛应用于各种工业场合，因此永磁同步电动机控制方法也已成为了众多学者研究的热点。矢量控制、直接转矩控制和预测控制是较为主流的三种永磁同步电动机控制方法，其中矢量控制转速环与电流环控制器均采用PI控制器，可调参数较多。直接转矩控制需要对转速环的PI参数进行整定，并且具有明显的转矩脉动。预测控制主要包括模型预测控制和无差拍预测控制，其中无差拍预测控制由于其动态性能好、优化方便而备受青睐，但无差拍控制方法仍需转速环PI控制器，参数整定过程较为繁琐，并且由于积分环节的存在易导致系统调节时间较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种非级联的永磁同步电动机无差拍预测控制方法，该方法将传统无差拍预测控制的转速环与电流环改为非级联结构的无差拍预测控制，简化了现有控制结构，避免了参数多不易整定的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种非级联的永磁同步电动机无差拍预测控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1，通过电流霍尔传感器获得永磁同步电动机的相电流i_a、i_b，经过Clark变换模块将相电流i_a、i_b转换为两相静止αβ坐标系下的电流i_α、i_β，再经Park变换模块得到两相旋转dq坐标系下的直轴电流i_d和交轴电流i_q，同时由光电旋转编码器获得永磁同步电动机转子位置角θ，并将永磁同步电动机转子位置角θ用于Park变换模块，得到永磁同步电动机的角速度ω_e，最后将i_d、i_q和ω_e送入处理器；

步骤2，处理器根据永磁同步电动机转速给定值直轴电流给定值和步骤1得到的永磁同步电动机的a、b相定子电流i_a、i_b和永磁同步电动机的实际转速ω_r，输出相应的控制信号给逆变器，从而使表贴式永磁同步电动机的实际转速跟踪给定转速。

本发明的特点还在于：

步骤2的具体过程为：

步骤2.1，采用滑模负载转矩观测器来观测永磁同步电动机的负载转矩，获得负载转矩的观测值

步骤2.2，设计非级联无差拍预测控制器，将给定转速给定直轴电流直轴电流i_d、交轴电流i_q、电角速度ω_e和步骤2.1中观测出的负载转矩送入非级联无差拍预测控制器中获得给定电压

步骤2.3，将步骤2.2中获得的给定量经过反Park变换模块得到两相静止αβ坐标系下的给定电压将给定电压送入SVPWM模块后得到开关序列，将开关序列作用于两电平电压源型逆变器，以控制表贴式永磁同步电动机。

步骤2.1的具体过程为：

步骤2.1.1，在一个采样周期内负载转矩的变化可视为0，即