[发明专利]改进的永磁同步电机单电流传感器无差拍预测控制方法

权利要求书

1.改进的永磁同步电机单电流传感器无差拍预测控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、在线实时采集当前k时刻永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c、转子转速w、转子位置角θ；

步骤二、建立永磁同步电机在α-β坐标系和d-q坐标系下的数学模型，并建立传统无差拍电流预测控制模型；基于参数扰动所造成的当前k时刻电流测量值和预测值之差对传统无差拍电流预测控制模型进行改进，得到与k+1时刻对应的改进无差拍电流预测控制模型；结合步骤一中采集的数据，实时计算k+1时刻SVPWM输出电压范围内的参考电压；

步骤三、利用逆变器的实时开关状态和采集到的逆变器母线电流i重构出三相电流i_a、i_b、i_c，代替步骤一中实时采集到的永磁同步电机三相电流i_a、i_b、i_c；利用k-1时刻开关周期中第一个上升沿时刻的d、q轴电流实际值，基于伏秒平衡原则计算k时刻d、q轴电流的实际预测值，并取代所述改进无差拍电流预测控制模型中的相应电流值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中永磁同步电机在α-β坐标系下的数学模型为：

u_α＝R_si_α+L_spi_α-w_eψ_rsinθ

u_β＝R_si_β+L_spi_β+w_eψ_rcosθ

ψ_α＝L_si_α+ψ_rcosθ

ψ_β＝L_si_β+ψ_rsinθ

T_e＝1.5p_mψ_r(i_βcosθ-i_αsinθ)

式中，u_α、u_β为α-β坐标系下定子电压；i_α、i_β为α-β坐标系下定子电流；Ψ_r为转子磁链；R_s为定子电阻；L_s为定子电感；w_e、w_m分别为转子的电角速度和转子的机械角速度；θ为转子位置角；p为微分算子；T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；B为粘滞系数；p_m为电机的极对数；Ψ_α、Ψ_β为α-β坐标系下的定子磁链；t为时间变量；J为负载转动惯量；

所述永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型为：

u_d＝R_si_d+pψ_d-w_eψ_q

u_q＝R_si_q+pψ_q+w_eψ_d

ψ_d＝L_di_d+ψ_r

ψ_q＝L_qi_q

T_e＝1.5p_m(ψ_ri_q+(L_d-L_q)i_di_q)

式中，u_d、u_q为d-q坐标系下定子电压；i_d、i_q为d-q坐标系下定子电流；Ψ_d、Ψ_q为d-q坐标系下的定子磁链；L_d、L_q分别为d、q轴的电枢电感；

所述传统无差拍电流预测控制模型为：

i_d-p(k+1)＝i_d(k)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_q(k)×T_s×w_e+T_s/L_s×u_d(k)

i_q-p(k+1)＝i_q(k)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_d(k)×T_s×w_e+T_s/L_s×u_q(k)-T_s×w_e×ψ_r/L_s

u_d-p(k+1)＝L_s/T_s×(i_d-ref-(1-T_s×R_s/L_s)×i_d-p(k+1)-T_s×i_q-p(k+1)×w_e)

u_q-p(k+1)＝L_s/T_s×(i_q-ref-(1-T_s×R_s/L_s)×i_q-p(k+1)+T_s×i_d-p(k+1)×w_e+T_s×w_e/L_s×ψ_r)

式中，i_d-p(k+1)为k+1时刻d轴预测电流，i_q-p(k+1)为k+1时刻q轴预测电流，i_d-ref为d轴参考电流，i_q-ref为q轴参考电流，u_d-p(k+1)为k+1时刻d轴预测电压，u_q-p(k+1)为k+1时刻q轴预测电压，T_s为开关周期；

经改进后的无差拍电流预测控制模型为：

i_d-error(k)＝i_d-p(k)-i_d(k)

i_q-error(k)＝i_q-p(k)-i_q(k)

K_d2＝(u_d(k-1)-u_d(k-2))

K_q2＝(u_q(k-1)-u_q(k-2))

X_d＝(i_d-error(k)-i_d-error(k-1))/K_d2/T_s X_q

＝(i_q-error(k)-i_q-error(k-1))/K_q2/T_s

K_d＝1/L_s-X_d

K_q＝1/L_s-X_q

i_d-p(k+1)

＝u_d(k)×K_d×T_s+i_d(k)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_q(k)×T_s×w_e-(i_d-error(k)-X_d×T_s×u_d(k))

i_q-p(k+1)

＝u_q(k)×K_q×T_s+i_q(k)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_d(k)×T_s×w_e-T_s×w_e×Ψ_f/L_s-(i_q-error(k)-X_q×T_s×u_q(k))

u_d-p(k+1)

＝(i_d-ref-i_d-p(k+1)×(1-T_s×R_s/L_s)-i_q-p(k+1)×T_s×w_e+i_d-error(k))/(K_d+X_d)/T_s

u_q-p(k+1)

＝(i_q-ref-i_q-p(k+1)×(1-T_s×R_s/L_s)+i_d-p(k+1)×T_s×w_e+T_s×w_e×Ψ_f/L_s+i_q-error(k))/(K_q+X_q)/T_s

式中，i_d-error(k)、i_q-error(k)分别为k时刻d、q轴电流预测误差，i_d-p(k)、i_q-p(k)分别为k时刻d、q轴电流预测值，i_d(k)、i_q(k)分别为k时刻d、q轴电流的实际测量值，u_d(k-1)和u_d(k-2)分别为k-1时刻和k-2时刻作用的d轴电压，同理可得u_q(k-1)和u_q(k-2)，i_d-p(k+1)为经改进后的k+1时刻d轴预测电流，i_q-p(k+1)为经改进后的k+1时刻q轴预测电流。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三具体为：

根 据k-1时刻的重构电流，计算k时刻的电流实际值的预测值i_d′(k)、i_q′(k)，以此来代替k时刻电流的实际值，计算时要根据k-1周期的电流更新时刻对u_d(k-1)和u_q(k-1)进行补偿；

i_d′(k)＝i_d(k-1，t₁)×(1-(T_s-t₁)×R_s/L_s)+i_q(k-1，t₁)×(T_s-t₁)×w_e+(T_s-t₁)/L_s×u_d(k-1)×T_s/(T_s-t₁)

i_q′(k)＝i_q(k-1，t₁)×(1-(T_s-t₁)×R_s/L_s)-i_d(k-1，t₁)×(T_s-t₁)×w_e+(T_s-t₁)/L_s×u_q(k-1)×T_s/(T_s-t₁)-(T_s-t₁)×w_e×Ψ_f/L_s

其中，i_d′(k)为k时刻的d轴电流实际值的预测值，i_q′(k)为k时刻的q轴电流实际值的预测值，t₁为一个开关周期内第一个上升沿时刻，i_d(k-1，t₁)为k-1周期t₁时刻的d轴电流实际值，i_q(k-1，t₁)为k-1周期t₁时刻的q轴电流实际值；然后用i_d′(k)和i_q′(k)取代步骤二中无差拍电流预测控制模型中的i_d(k)和i_q(k)。