[发明专利]基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法

说明书

本申请公开了一种基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质，本申请通过首先从全部小虚拟电压矢量中挑选代价函数值最低的目标小虚拟电压矢量，再依此挑选目标中虚拟电压矢量，限定最终的目标电压矢量挑选范围，最后从目标小虚拟电压矢量和目标中虚拟电压矢量所限定的范围内，挑选出该范围内代价函数值最小的目标电压矢量，极大的减少了计算目标电压矢量的计算次数，不需要对每个电压矢量进行计算，大大减少了实现基于空间矢量调制的模型预测转矩控制方法的时间。

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

与异步电机相比，永磁同步电机有其独特的优势如体积小，重量轻，功率因数高，效率高。这使得永磁同步电机在各个领域都饱受青睐。追求永磁同步电机的高性能控制一直都是研究热点和难点。目前，应用于永磁同步电机的高性能控制方法不外乎以下几种：直接转矩控制、矢量控制和无差拍控制。基于滞后比较器的直接转矩控制无法选出较为准确的电压矢量，结果是高转矩脉动和高电流谐波。基于PI控制器的矢量控制需要参数整定，动态调节性能较弱，动态响应慢。无差拍控制是基于系统参数的方法，参数鲁棒性弱。

模型预测控制能够实现实时预测系统未来时刻的表现，选择最优的控制动作，进行滚动优化。而且，使用代价函数的形式，可以包含多个约束条件，能够实现多个目标同时控制。模型预测控制可以分为有限集模型预测控制和连续集模型预测控制。与连续集模型预测控制相比，有限集模型预测控制能够更好地利用逆变器的离散特性，不需要进行空间矢量调制的计算，便于实现。将有限集模型预测控制应用在永磁同步电机具有快速的动态响应和较强的参数鲁棒性，使得控制性能有了较大的提升。传统的有限集模型预测控制只在逆变器的离散开关状态中获取最优电压矢量，这导致电机的转矩脉动和磁链脉动很大同时伴随着较大的电流谐波。提高稳态性能成为传统有限集模型预测控制的一大难题。

虚拟电压矢量的概念开始出现，所谓虚拟电压矢量就是由真实电压矢量合成的具有不同幅值不同相角的电压矢量。实验结果表明虚拟电压矢量能够提高模型预测控制的稳态性能：减小三相永磁同步电机的转矩脉动和电流谐波。提出的离散空间矢量调制的思想对于虚拟电压矢量给出很好的解释。离散空间矢量调制和空间矢量调制类似，在一个控制周期内，离散空间矢量将多个离散电压矢量进行排列组合，得到位于逆变器控制区域的离散虚拟电压矢量。这些虚拟电压矢量的个数是有限的，和传统模型预测控制一样，通过枚举所有候选电压矢量最小化代价函数得到控制集中最优电压矢量。基于离散空间矢量调制的模型预测控制不仅有助于稳态性能的提高，还解决另一个缺点即开关频率不固定。然而，离散空间矢量调制也不是没有缺点，大量的虚拟电压矢量对预测方程和代价函数最小化的实现造成了极大的计算负担。

为此，需要一种计算量更小、计算效率更高的电机控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法、系统、装置及计算机可读存储介质，提高计算效率。其具体方案如下：

一种基于离散空间矢量调制的永磁同步电机预测转矩控制方法，包括：

根据基于离散空间矢量调制的转矩预测模型，从根据逆变器输出的8个真实电压矢量以及根据真实电压矢量合成的多个虚拟电压矢量中选取距离零电压矢量最近的全部小虚拟电压矢量；

将每个小虚拟电压矢量分别代入基于离散空间矢量调制的转矩预测模型生成的代价函数，挑选出代价函数值最小的目标小虚拟电压矢量；

将与所述目标小虚拟电压矢量相邻两个不在同一矢量方向上的中虚拟电压矢量分别代入所述代价函数，挑选出代价函数值最小的目标中虚拟电压矢量；

以所述零电压矢量为原点，所述目标小虚拟电压矢量的矢量方向和所述目标中虚拟电压矢量方向形成的夹角范围之内的未计算出代价函数值的电压矢量分别代入所述代价函数，挑选出代价函数值最小的目标电压矢量。