[发明专利]一种计及占空比约束的永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法

说明书

本发明公开了一种计及占空比约束的永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法。对于三相永磁同步电机，首先构建以dq轴定子磁链为控制对象的价值函数，消除了权重系数；接着根据预测参考电压矢量的相角，由取整函数确定参考电压矢量所在的扇区，从而由价值函数选取最优和次最优电压矢量；最后根据广义乘子法确定各个电压矢量的占空比。该方法采取更优的占空比计算方法，避免占空比不满足约束的条件的二次调整，实现了占空比的最优计算，在减小转矩和磁链脉动的同时，提高了系统的稳态性能。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、体积小、效率高等优点，因此在工业上有着非常广阔的应用前景。模型预测转矩控制(Modelpredictive torque control,MPTC)以其实现简单，动态响应快等优点逐渐被应用于PMSM驱动及其控制领域。而传统MPTC需要调整权重系数，并且权重系数的调节缺乏一致的指导策略。模型预测磁链控制(Model predictive flux control,MPFC)可以消除权重，减少计算负担。而在传统的MPFC中，在七个电压矢量中选择一个最优矢量，然后作用于整个控制周期，因此转矩脉动和转矩脉动较大。最优占空比MPFC策略虽然可以调节矢量幅值和大小，但只能在一定程度上减小转矩和磁链脉动。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种计及占空比约束的永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法，在将定子磁链和电磁转矩转化为等效定子磁链矢量的控制消除权重的同时，能够有效减少备选矢量的数量，并且通过在一个控制周期内作用三个矢量，能够大大减小转矩和磁链脉动，提高系统的稳态性能。

技术方案：一种计及占空比约束的永磁同步电机三矢量模型预测磁链控制方法，包括如下步骤：

步骤1：由电流传感器获取三相电流i_a、i_b、i_c并由编码器获取电机电角度θ_e及电角速度ω_e，并利用Clark/Park变换计算定子电流dq轴分量i_d、i_q；

步骤2：由转速环PI控制器输出得到电磁转矩的参考值

步骤3：获取k时刻磁链测量值ψ_s(k)与d轴的夹角δ(k)，以及ψ_s(k)与(k+1)时刻磁链参考值之间的增量角Δδ(k+1)；

步骤4：获取(k+1)时刻参考电压矢量αβ轴的分量并确定参考电压矢量所在扇区，选出组成该扇区的两个有源电压矢量；

步骤5：获取(k+1)时刻磁链参考值dq轴的分量

步骤6：获取(k+1)时刻磁链预测值dq轴的分量ψ_d(k+1)、ψ_q(k+1)；

步骤7：计算价值函数值，选取最优电压矢量和次最优电压矢量；

步骤8：以磁链误差最小为目标，构建乘子罚函数计算各个电压矢量的占空比。

进一步的，所述步骤1中，由公式(1)获得电机电角速度ω_e，经公式(2)的Clark 变换后得到定子电流αβ轴的分量i_α、i_β，再经公式(3)的Park变换后得到定子电流的dq轴分量i_d、i_q；