[发明专利]基于NPC型三电平逆变器PMSM模型预测电流控制方法

说明书

本发明公开了一种基于NPC型三电平逆变器PMSM三矢量模型预测电流控制方法，包括：获取采样信息，包括通过光电编码器得到永磁同步电机的转子位置θ；在模型预测电流控制算法中，利用约束条件缩减三电平逆变器的备选电压矢量数量；在模型预测电流控制算法的价值函数中加入权重系数，控制NPC型三电平逆变器的中点电压平衡；根据采样信息计算得到各个电压矢量的作用时间值、基于该时间值采用三矢量模型预测电流控制算法确定三矢量控制算法的具体作用情况；将三矢量模型预测电流控制算法得出的控制信号传输到NPC型三电平逆变器中，进而对永磁同步电机进行控制。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于NPC型三电平逆变器PMSM三矢量模型预测电流控制方法。

背景技术

交流永磁同步电机是一种具有位置传感器的高性能电机，以其效率高，转矩脉动小等优点成为交流伺服控制系统的主要执行电机。一般采用PID控制器或直接转矩控制等传统控制算法控制永磁同步电机。但是由于永磁同步电机在实际工况条件下存在多变量耦合、非线性以及不确定性等问题。因此，采用传统PID电流控制器或者一些传统的控制算法所得到的效果并不理想，有一定的局限性。又由于模型预测控制算法具有多变量约束、动态响应快等优点，所以模型预测控制算法近年来逐渐受到学者的关注。现有技术中公开了一种基于三矢量的模型预测直接功率控制方法(申请号：CN201810447987.X)，该方法中根据系统的离散化预测模型，分析非零电压矢量以及零电压矢量对有功以及无功功率变化率的影响,预测在不同的电压矢量组合下有功与无功功率的大小，根据功率误差最小的原则来选择合适的电压矢量组合以及计算相应的作用时间通过脉冲宽度调制技术，驱动六个开关管动作，从而控制有功与无功功率跟随其给定值。该方法无需交流侧电网电压传感器，节约了成本并提高了系统的可靠性在一个周期内采用三个电压矢量，能够有效地抑制功率脉动对有功及无功功率进行补偿，减少电流谐波畸变率采用预测功率控制，能够实现有功以及无功功率无静差。但是由于采用的是传统两电平逆变器，所以只能采用七个基本电压矢量，且非零矢量都是幅值相同的电压向量，在合成过程中很多时刻与三电平逆变器控制相比，距离目标电压矢量相差较大。而且采用的三矢量是根据两个非零电压矢量为连续的矢量以及上桥臂都不导通的零电压矢量作为三矢量的原则，最终只有六个矢量组合选择，非常具有局限性，合成电压矢量覆盖范围小。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于NPC型三电平逆变器 PMSM三矢量模型预测电流控制方法，具体包括如下步骤：

获取采样信息，包括通过光电编码器得到永磁同步电机的转子位置θ，并对其进行微分处理得到永磁同步电机的实际转速ω_r，将给定转速ω^*与实际转速ω_r作差、将差值输入至PI控制器获得q轴参考电流i_q^*；获取永磁同步电机k 时刻三相电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)和逆变器输出电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)，再经过坐标变换得到d-q分量电流i_d(k)、i_q(k)及d-q分量电压u_d(k)、u_q(k)；获取直流母线电流i_dc(k)、逆变器两个电容两端的电压值V_c1(k)和V_c2(k)；

在模型预测电流控制算法中，利用约束条件缩减三电平逆变器的备选电压矢量数量；

在模型预测电流控制算法的价值函数中加入权重系数，控制NPC型三电平逆变器的中点电压平衡；

根据采样信息计算得到各个矢量的作用时间值、基于该时间值采用三矢量模型预测电流控制算法确定三矢量控制算法的具体作用情况；

将三矢量模型预测电流控制算法得出的控制信号传输到NPC型三电平逆变器中，进而对永磁同步电机进行控制。