[发明专利]一种永磁同步电机三矢量模型预测控制的无零矢量算法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机三矢量模型预测控制的无零矢量算法，该算法主要包括以下步骤：建立永磁同步电机数学模型，计算不同电压矢量作用时的d轴和q轴的电流变化率；选择四个电压矢量组，每组三个非零电压矢量，对所选的四个电压矢量组通过无差拍的方式求解每组中各个电压矢量的作用时间；将作用时间进行预处理后，合成一个新的电压矢量；进行下一时刻的d轴和q轴的电流预测；将四组预测得到的q轴和d轴电流值分别与电流给定值使用价值函数进行对应比较，选择出最优的一组电压矢量。本发明相比于传统的永磁同步电机三矢量模型预测电流控制算法，计算量减小了三分之一。本方法不使用零电压矢量，显著提高了对共模电压的抑制效果。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机三矢量模型预测控制的无零矢量算法。

背景技术

在交流电机驱动中，永磁同步电机因其功率密度高、效率高、扭矩-安培比大等优点，近年来受到研究人员和不同行业的关注。作为一种高性能的电机，它具有动态响应快、跟踪精度高、易于实现、运行不受电机参数变化的影响、转矩脉动小等主要特点。为了充分发挥永磁同步电机的这些优势，人们提出了许多方法来控制电机的特性，其中最常用的有矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制等方法。

对于模型预测控制，由于它具有控制概念简单、动态响应快、多变量控制及便于处理非线性约束等优点，近年来被广泛研究和使用。虽然模型预测控制有诸多优点，但由于作用的电压矢量方向固定，幅值固定，可选矢量数目有限等原因，其存在电流脉动大、共模电压较大、计算量大等缺点。为了改善系统性能，目前已有的方法为增加矢量数目、滞后补偿、价值函数优化、多步预测等。在增加矢量数目方法中，按照矢量的组合数量可分为单矢量方法、双矢量方法、三矢量方法等。如何在能够选取最优电压矢量的前提下使计算过程更加简单以及如何减小共模电压都是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了使永磁同步电机三矢量模型预测电流控制方法的算法更加简单，并抑制其共模电压，本发明提出了一种永磁同步电机三矢量模型预测控制的无零矢量算法。旨在改进传统的永磁同步电机三矢量模型预测电流控制方法预测次数较多，共模电压较大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

首先，获取永磁同步电机在同步旋转坐标系d-q轴下的定子电压方程组，利用所述方程组得到u₀-u₆各自作用时的d轴和q轴的电流变化率和所述方程为：

其中的u_d和u_q分别为d轴和q轴上的电压分量；i_d和i_q分别为此时d轴和q 轴上的电流分量；为转子磁链幅值；L_d和L_q分别为d轴和q轴上的电感分量； R_s为定子电阻；ω_e为电角速度。

进而使用零电压矢量作用时的和来表示其它有效电压矢量作用时的和且每个采样周期由三个非零电压矢量u_i、u_j、u_h作用，计算方程如下：