[发明专利]一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法

说明书

一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法，首先将参考转速与实际转速的差值输入转速PI控制器，计算出转矩参考值T_e^*；然后以转矩误差及定子磁链矢量所在扇区作为依据，通过新型开关表查表的方法快速选择两个非零电压矢量以及一个零电压矢量，两个非零电压矢量对转矩的作用效果相同，都能同时增大或减小转矩，但它们对定子磁链的作用正好相反，能对定子磁链相互补偿；进而提出了一种能同时考虑磁链和转矩脉动抑制的占空比计算方法，计算出两个非零电压矢量以及一个零电压矢量在一个控制周期内的占空比；最后将选择的三个电压矢量及占空比转化为对应的逆变器的开关序列，输送给永磁同步电机。

技术领域

本发明涉及一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

永磁同步电动机具有效率高、可靠性好等优点，被广泛应用于机器人、航天航空等诸多工业领域。矢量控制和直接转矩控制是电机调速领域的两种典型的控制方法。矢量控制通过将定子电流分解成d-q轴分量，并采用比例积分控制器对其进行控制，因此具有良好的稳态性能和线性控制的优点。然而，其动态特性受到内部电流环带宽的限制。直接转矩控制根据转矩和定子磁链误差信号以及定子磁链矢量的位置，直接从开关表中选择电压矢量作用于逆变器，具有控制结构简单、动态响应快等优点，但存在稳态运行时转矩和磁链脉动较大的缺点。

近年来，随着微处理器技术的迅速发展，模型预测转矩控制逐渐成为电机驱动的一种有效的控制方法。然而，传统模型预测转矩控制在一个采样周期内需要遍历7个基本电压矢量，电压矢量筛选复杂，而且在整个控制周期只作用一个电压矢量，即占空比为1，存在转矩与定子磁链脉动较大、开关频率不稳定等问题，这使得传统模型预测转矩控制方法不能满足永磁同步电机调速系统不断增长的对转矩和定子磁链的控制要求。为了改善传统模型预测转矩控制的稳态性能，快速筛选电压矢量，研究一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法有着广阔的发展前景。

发明内容

技术问题：本发明针对现有技术无法解决模型预测转矩控制中电压矢量筛选复杂以及转矩脉动和磁链脉动较大的问题，提供一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法，通过新型开关表快速选择三个电压矢量，并采用转矩和磁链无差拍原理计算三个电压矢量在一个控制周期的占空比，在减少复杂度的同时，提高电机的稳态性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于新型开关表的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤(1)：计算参考转矩T_e^*：将参考转速n^*与实际反馈转速n的差值e_n输入转速PI控制器，根据公式(1.1)获得参考转矩T_e^*；

式(1.1)中，K_P和K_I分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；

步骤(2)：计算定子磁链参考幅值ψ_s^*：根据最大转矩电流比原理，将获得的参考转矩T_e^*输入定子磁链参考幅值计算模块，根据公式(2.1)计算定子磁链参考幅值ψ_s^*；

式(2.1)中，L_s为永磁同步电机同步电感，ψ_f为永磁体磁链幅值，p为永磁同步电机极对数；