[发明专利]基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制方法

说明书

一种基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制方法，包括两个处理核心CPU1与CPU2，将单核顺序控制策略中的AD转换模块、电流电压折算和Clarke变换分配到CPU1中，将eQEP模块、转速位置计算，Park反变换和反电动势计算分配到CPU2中，同时，将单核顺序控制策略中电压矢量V₀～V₇的预测过程、价值函数、比较寻优过程均分分配给CPU1与CPU2，即形成CPU1与CPU2 FCS‑MPC双核并行控制策略，且两个控制策略之间进行数据交换。在FCS‑MPC双核并行控制策略的基础上，将部分电压矢量的预测、评估、寻优过程分配到CLA核心中，从而实现“双CPU+双CLA”的四核并行控制策略。该控制方法能够在保持原算法控制性能和控制特点的基础上，有效降低算法执行时间。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，特别涉及一种基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机因其自身功率因数高、安全性好以及功耗低等优点,被广泛应用于工业与生活中,对其控制策略的研究也逐渐深入。目前，在基于FCS-MPC的永磁同步电机驱动系统控制策略(如图1所示)中FCS-MPC主要是实现永磁同步电机的电流内环控制，而速度外环控制器可由包括线性控制在内的其它控制方法实现。虽然FCS-MPC减少了复杂的旋转坐标变换，但由于其对电机状态变量的依赖度较高，需要进行反电动势计算、Clarke变换、Park反变换以获得预测过程的输入量。FCS-MPC控制策略主要由预测过程、价值函数、比较寻优三个部分组成。其理论基础如下所示。

在静止坐标系下，表贴式永磁同步电机的电压平衡方程可以表示为

式中，R、L分别为电机定子电阻与定子电感；i为定子电流矢量，有i＝[i_α i_β]^T；e为定子反电动势矢量，e＝[e_α e_β]^T；u为逆变器输出电压，有u＝[u_α u_β]^T，对于逆变器所有的8种开关状态S₀～S₇，u的取值对应8种电压矢量V₀～V₇，其数值与直流侧电压u_dc相关。

图1中FCS-MPC的预测过程对应电流预测式。根据前向欧拉法，电流预测式可由式(1)得到，即

式中，T为控制周期；i(k)为kT时刻的电流矢量测量值；iⁿ(k+1)为(k+1)T时刻的电流矢量预测值。

FCS-MPC的核心思想是：通过预测电压矢量V₀～V₇的对电流的作用效果，筛选出距离电流参考值i^*(其中i^*＝[i_α^*i_β^*]^T)最近的电流预测值iⁿ(k+1)，并将所对应最优电压矢量V_o的开关状态输出至逆变器。在寻优过程之前，需要构建价值函数对各个预测值进行评估，有

最优电压矢量为

式中，argmin gⁿ(k+1)表示最小gⁿ(k+1)值对应的电压矢量V_n。

在每一个控制周期，FCS-MPC将电压矢量V₀～V₇代入电流预测式，并采用价值函数对所有电流预测结果进行评估和比较，使价值函数达到最小值的电压矢量将作为最优矢量输出至逆变器。控制流程图如图2所示。