[发明专利]一种基于模型预测控制的永磁同步电机控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的永磁同步电机控制方法及系统，通过改变状态的开关数量对成本函数选取的备选电压矢量进行筛选，降低开关损耗。方法包括：获取当前时刻永磁同步电机的当前定子电流和当前定子电压；根据当前定子电压确定电压源型逆变器的当前开关状态和当前电压矢量；根据当前定子电流，通过模型预测控制算法计算得到下一个时刻的预测定子电流及预测电压矢量；根据预设成本函数，从预测电压矢量中选择备选电压矢量；确定备选电压矢量的预测开关状态，根据当前开关状态及预测开关状态确定改变状态的开关数量；根据改变状态的开关数量，对备选电压矢量进行筛选；通过筛选后的备选电压矢量，在下一个时刻控制永磁同步电机。

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是涉及一种基于模型预测控制的永磁同步电机控制方法及系统。

背景技术

最近，永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor，PMSM)驱动器已广泛用于许多工业应用中，例如电动汽车，飞机，核电站，潜艇，机器人应用，医疗和工业伺服驱动器。由于具有高效率、高转矩惯量比、高功率因数、更快的响应速度和坚固的结构，在许多应用中都是首选。PMSM现有多种控制方案，它们的性能与电压源型逆变器(VoltageSource Inverter，VSI)电源开关改变状态策略(取决于控制方案)密切相关。常用的是磁场定向控制(Field Oriented Control，FOC)和直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)。其他控制方案也被广泛使用，如基于磁滞和基于无差拍的控制器。

模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)由于良好的动态响应吸引了研究人员的高功率应用需求。MPC设计是通过解决优化问题(提供将来要使用的新状态)来执行的，因此，MPC方案已用于三相逆变器、矩阵转换器、整流器、旋转设备等的控制，从而实现了简单，灵活且性能良好的控制。MPC有两种主要的应用方法：有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-MPC，FCS-MPC)和连续状态的模型预测控制(ContinuousControlSet-MPC，CCS-MPC)。区别这两种方法的是控制行为建模的形式。此外，在FCS-MPC中，控制动作包含在转换器的一组可能的开关组合中，被视为逻辑值。在CCS-MPC中，控制动作被视为实数，并采用调制技术将其转换成开关序列。目前主要采用的是FCS-MPC技术，由于其易于实现、具有最优控制特性、处理约束和处理多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)对象的可能性、其直观的方法和实现的大范围的次要目标。

但是，FCS-MPC不需要调制单元，每个控制周期的遍历优化得到的最优开关状态直接作用于变换器，控制周期之间的优化过程没有相关性。这些FCS-MPC的工作特性决定了FCS-MPC在电力电子系统中的开关状态是不稳定的，开关频率不固定，导致PMSM驱动器的开关损耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模型预测控制的永磁同步电机控制方法及系统，通过改变状态的开关数量对成本函数选取的备选电压矢量进行筛选，降低开关损耗。

本发明第一方面提供一种基于模型预测控制的永磁同步电机控制方法，包括：

获取当前时刻永磁同步电机的当前定子电流和当前定子电压；

根据当前定子电压确定电压源型逆变器的当前开关状态和当前电压矢量；

根据当前定子电流，通过模型预测控制算法计算得到下一个时刻的预测定子电流及预测电压矢量；

根据预设成本函数，从预测电压矢量中选择备选电压矢量；

确定备选电压矢量的预测开关状态，根据当前开关状态及预测开关状态确定改变状态的开关数量；

根据改变状态的开关数量，对备选电压矢量进行筛选；