[发明专利]三电平逆变器驱动永磁同步电机系统有限集预测控制方法

权利要求书

1.一种三电平逆变器驱动永磁同步电机系统有限集预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用位置传感器对电机转子位置角θ进行采样，并对采样的位置角计算，得到电机转子电角速度ω_e和电机转速n；将电机给定转速n^ref与计算得到的电机转速n做差，并将所得到的转速差值作为转速外环PI控制器的输入量，该PI控制器的输出量为电磁转矩参考值T_e^ref；将永磁体磁链设为定子磁链参考值ψ_s^ref，该参考值为恒定值；

2)通过传感器采集逆变器直流母线电压U_dc，以及永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，将三相定子电流由三相静止坐标系，即a-b-c坐标系，变换到两相同步旋转坐标系，即d-q坐标系，得到同步旋转坐标系中的定子电流d轴分量i_d和q轴分量i_q；

3)根据k时刻电机定子电流d轴与q轴分量i_d^k、i_q^k和电压矢量d轴与q轴分量u_d^k、u_q^k，以及k时刻电机转子电角速度ω_e^k，得到k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d^k+1、i_q^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e^k+1，k时刻和k+1时刻电机转子电角速度相等，所述的u_d^k、u_q^k是由k-1时刻施加在定子侧一个控制周期的电压矢量u^k，进行Park变换之后得到的；根据电流预测值i_d^k+1和i_q^k+1，计算k+1时刻的定子磁链d轴与q轴分量ψ_d^k+1、ψ_q^k+1以及电磁转矩T_e^k+1；

其中，k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d^k+1、i_q^k+1是利用如下电机预测模型得到：

式中，R_s是定子电阻值，T_s为系统控制周期，L_d、L_q为定子d轴和q轴电感，ψ_f为永磁体磁链，根据k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d^k+1、i_q^k+1，从下式计算得到控制周期结束时，定子磁链在d轴和q轴的分量ψ_d^k+1，ψ_q^k+1：

已知电机极对数p，利用下式计算得到k+1时刻的定子磁链和电磁转矩ψ_s^k+1，T_e^k+1：

4)建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，利用x-y坐标系中的定子电压矢量来表示电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e的变化量，将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；

5)将k+1时刻电磁转矩T_e^k+1与电磁转矩参考值T_e^ref以及k+1时刻定子磁链ψ_s^k+1与定子磁链参考值ψ_s^ref，分别作为转矩滞环比较器和磁链滞环比较器的输入；根据滞环比较器的输出，将电磁转矩变化量ΔT_e与定子磁链变化量Δψ_s的组合分为四种情况：

a)ΔT_e＞0、Δψ_s＞0；

b)ΔT_e＞0、Δψ_s＜0；

c)ΔT_e＜0、Δψ_s＜0；

d)ΔT_e＜0、Δψ_s＞0

再结合定子磁链矢量所在磁链扇区，选出四种情况下对应的第一备选电压矢量集，其中，定子磁链矢量所在磁链扇区是通过定子磁链矢量角θ_s进行判定；

6)依据直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差以及冗余矢量作用下逆变器中点电流方向，对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余矢量，得到第二备选电压矢量集；

7)将第二备选电压矢量集和k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d^k+1、i_q^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e^k+1带入电机预测模型，预测出k+2时刻第二备选电压矢量集中不同电压矢量对应的定子磁链ψ_sN^k+2和电磁转矩T_eN^k+2，下标N为第二备选电压矢量集内基本电压矢量序号，带入价值函数进行计算，选出价值函数最小值对应的基本电压矢量，即为最优电压矢量；所述的价值函数g为：

式中，λ_ψ为定子磁链权重项、λ_T为电磁转矩权重项；

8)根据所述的最优电压矢量，确定三电平逆变器对应的开关状态，从而确定当前时刻逆变器三相桥臂各功率器件的驱动信号，进而使逆变器输出对应的三相电压，并作用于电机。