[发明专利]一种永磁电机转矩控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种永磁电机转矩控制方法及系统，包括：通过当前k时刻永磁电机的定子电流和变流器的电容滤波器的电压获得k+1时刻的定子电流矢量，并根据k+1时刻定子电流矢量计算k+2时刻的定子电流参考值、电容滤波器的电压参考值和电磁转矩参考值；根据变流器的状态组合，获得各状态对应的k+2时刻的电容滤波器的输出电压和k+1时刻的输出的定子电流矢量；根据k+1时刻的输出的定子电流矢量计算k+2时刻定子电流输出值和电磁转矩输出值；根据上述获得的数据构建全状态变量的转矩代价函数，并求解转矩代价函数得到最优转矩控制量。通过同时控制永磁电机定子电流和变流器电容滤波器电压，有效抑制LC网络的谐振，减小输出转矩脉动。

技术领域

本发明涉及一种永磁电机转矩控制方法及系统，属于电机控制技术领域。

背景技术

电流源型变流器(Current Source Converter,CSC)具有对电机侧友好的低电压变化率(dV/dt)的特点，其输出侧必须经过电容滤波器后输出电能，经过滤波之后的电容电压高频成分大大降低，因此适合长电缆驱动系统；此外，电流源型变流器还具有结构简单、短路自保护能力、成本低等优点。

然而，电流源型变流器的电容滤波器与永磁电机的定子电感会构成LC网络，当驱动系统内的谐波频率趋近该LC网络的谐振频率时，谐波电流会进一步放大，进而导致输出转矩的高频振荡，甚至导致系统失稳；因此，需对变流器驱永磁电机系统中的谐振进行抑制。

为了解决上述问题，现有技术中通常包括无源阻尼法和有源阻尼法两种方法。

无源阻尼法通过在电机定子的电感支路上串联电阻或电容支路，并与电容滤波器并联的方式抑制输出电流的振荡；该方法简单有效，但引入了额外的损耗，降低了变换器的转换效率；在中压驱动时，无源阻尼的引入带来了功率损耗和发热问题，极大地增加系统运行成本；此外，无源阻尼通过电阻大小设置阻尼大小，安装完成之后调整不便，且电容滤波器会发生老化，系统谐振频率会随电容值发生变化，阻尼特性也会相应产生变化。

有源阻尼法通过在控制策略中增加模拟阻尼特性的控制环路，抑制输出电流的振荡；但该方法需要设置前馈回路，并进行谐波检测，实现和调试过程复杂，且多采用级联式结构，动态性能差；此外，对于大功率应用场景，开关频率需要严格限制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种永磁电机转矩控制方法及系统，通过同时控制永磁电机定子电流和变流器电容滤波器电压，有效抑制LC网络的谐振，减小输出转矩脉动。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种永磁电机转矩控制方法，包括以下步骤：S1对获取的当前k时刻永磁同步电机的定子电流和电流源变流器的滤波电容电压进行一拍延时补偿后，得到k+1时刻定子电流在d-q坐标系下定子电流矢量；S2根据k+1时刻定子电流矢量计算k+2时刻定子电流参考值和滤波电容电压参考值，并根据转速外环的转速控制器计算电磁转矩参考值；S3构建电流源变流器开关状态组合，根据各开关状态下电流源变流器的输出电流矢量得到k+2时刻滤波电容电压预测值、定子电流预测值和电磁转矩预测值；S4根据k+2时刻的定子电流参考值、电容滤波器的电压参考值、电磁转矩参考值、定子电流预测值、电容滤波器电压预测值和电磁转矩预测值构建全状态变量的代价函数，并求解代价函数得到最优转矩控制量。

进一步，步骤S1中获得k+1时刻的定子电流矢量的公式为：