[发明专利]三电平永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法

说明书

本发明的一种三电平永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法，首先获取k时刻的三相定子电流，并和三相定子电压经过坐标变换得到k时刻dq轴的定子电流和定子电压；然后根据所获得的dq轴定子电压来计算dq轴定子电流的估计值并计算转速和转子位置角；之后计算(k+1)时刻dq轴定子电流分量和定子电流参考值来构建价值函数，并通过滚动优化选取满足价值函数输出最小的电压矢量；在此基础上，通过中点电位的平衡控制，得到驱动电机的最优电压矢量。本发明将无位置传感器控制和模型预测电流控制结合在一起，不需要额外注入高频信号也不需要进行反电势的观测，且能够实现三电平逆变器供电的永磁同步电机低中高速的无位置控制。

技术领域

本发明涉及三电平逆变器供电的永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

随着稀土永磁材料、电力电子技术、微电子技术以及微处理器控制技术的发展，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)凭借其高效率、小体积、励磁性能优异、稳定性强等优点，在新能源汽车、航空航天、冶金制造等领域得到了广泛关注。传统的PMSM控制方法主要有矢量控制(vector control,VC)和直接转矩控制(direct torquecontrol,DTC)。VC能够获得类似于直流电动机的良好控制特性，但是需要复杂的坐标变化和准确的电机参数，同时双闭环PI控制结构也在一定程度上增加了系统的调控难度；DTC方法虽然结构简单、响应迅速，但是也存在实时性要求高、计算复杂等缺点。因此，为了实现PMSM的高性能控制，一种响应迅速、控制简单、可实现多目标优化的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)方法受到了国内外研究者们的广泛关注。

为维持PMSM模型预测电流控制系统的稳定运行，要求获得电机转子精确的实时位置和速度。常用的位置检测方法是安装光电编码器、旋转编码器等位置传感器，但是要求PMSM控制系统有额外的编码器安装空间，增加了系统成本和体积。当编码器或连接电缆发生故障时，将会导致整个PMSM调速系统的失控，降低了系统可靠性。基于此，用各种位置观测算法取代位置传感器成为一个研究热点。传统的无位置传感器控制技术主要可分为高频信号注入和反电动势观测两种。高频信号注入的无位置传感器控制算法，将特定的高频电压信号注入电机，通过分析电机在高频信号激励下的响应电流来提取电机的转子位置信息，然而，高速时由于反电势的干扰高频信号的激励难以提取，因此，通常应用于零速和低速条件下转子位置估计，此外，高频注入的方法需要电压调制器来注入高频信号，多应用于矢量控制算法中，而MPCC通过预测模型取代了电流内环，因此没有电压调制器，导致了高频注入的方法难以应用于MPCC中。基于反电势观测的方法，虽然能够实现中高速区域良好的位置估计性能，然而在低速时由于反电动势难以观测，不能获得理想的控制效果。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种三电平永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法，将无位置传感器控制技术和MPCC技术结合，能够实现三电平逆变器供电的PMSM的低中高速无位置传感器运行，同时，兼顾了中点电位的平衡。

技术方案：一种三电平永磁同步电机无位置传感器模型预测电流控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过转速环的PI控制器获取(k+1)时刻q轴电流的参考值i_q^ref(k+1)，并给定(k+1)时刻的d轴电流参考值i_d^ref(k+1)＝0；

步骤2：经过电流传感器获取k时刻的三相定子电流i_a(k)、i_b(k)和i_c(k)，并与三相定子电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)经过坐标变换得到k时刻dq轴的定子电流i_d(k)、i_q(k)和定子电压u_d(k)、u_q(k)；