[发明专利]一种基于模型预测电流控制的开绕组永磁同步电机容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测电流控制的开绕组永磁同步电机容错控制方法。首先，通过转速调节器获得参考电流i_q^ref；然后，根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据预测模型并结合电流方程在线预测(k+1)时刻电流的d轴、q轴和零轴分量i_d(k+1)、i_q(k+1)、i₀(k+1)；进而，利用(k+1)时刻电流预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态。本发明可在开绕组永磁同步电机逆变器故障状态下获得良好的动稳态性能。

技术领域

本发明涉及一种基于模型预测电流控制的开绕组永磁同步电机容错控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

开绕组电机是将传统三相电机的中性点打开，构成具有双端口的绕组开放式结构，电机的磁路及结构没有改变，由于中性点打开之后各项电机绕组之间的约束关系不再存在，各项绕组独立，可以在一定程度上提高电机本体的可靠性和电机驱动系统的容错能力。传统永磁同步电机具有6个开关器件结构，而在开绕组永磁同步电机系统中，双逆变器供电使得系统具有12个开关器件结构，增加的开关器件提高了系统故障风险。

共直流母线型开绕组永磁同步电机系统会产生零序电流，零序电流给系统带来了额外的铜耗、温升及转矩波动等负面效应，因此在开绕组电机的控制中，对零序电流的抑制是一个重要内容。

基于以上考虑，为了在故障工况下电机仍能正常工作，有人提出了采用简化的PWM方法来计算各相开关管的导通时刻，与三角载波相比较，得到逆变器的开关波形图，但是故障后容错控制中不能很好的实现对零序电流的抑制。也有人提出，在故障工况下的开绕组永磁同步电机采用SVPWM策略，虽能很好地控制开绕组永磁同步电机容错控制中的零序电流，但是设计复杂，计算量大。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于模型预测电流控制的开绕组永磁同步电机容错控制方法，在逆变器故障的情况下可获得较好的动稳态性能。

技术方案：一种基于模型预测电流控制的开绕组永磁同步电机容错控制方法，包括转速外环PI控制器、模型预测电流控制模块、价值函数模块、逆变器、坐标变换模块、开绕组永磁同步电机和编码器；首先，通过转速外环PI控制器获得参考电流i_q^ref，并给定d轴电流参考值i_d^ref＝0；再从电机编码器中获取永磁同步电机的电角度θ_r和电角速度ω，并利用电流传感器获取k时刻的三相定子电流i_a，i_b和i_c，经坐标变换后得到k时刻定子电流的d-q-0轴分量i_d、i_q和i₀；进而，根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，利用一阶欧拉方程将电流微分方程离散化处理获取(k+1)时刻定子电流预测值d-q-0轴分量i_d(k+1)、i_q(k+1)、i₀(k+1)；最后，利用(k+1)时刻电流预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优电压矢量。

进一步的，所述的q轴电流的参考值i_q^ref获取方法为：将参考转速与编码器所测得的实际转速之间的差值e_n输入转速PI控制器，根据公式(1)获得所述的q轴电流的参考值i_q^ref；

式中，k_p和k_i分别为转速外环PI控制器的比例增益和积分增益，s表示复变量。