[发明专利]一种固定开关频率的直接模型预测控制方法

说明书

本发明涉及电机驱动及控制技术领域，尤其涉及一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，包括以下步骤：S1：获取静止坐标系下定子电流给定值isubgt;s/subgt;supgt;ref/supgt;(s＝α,β)；S2：定义6种开关状态序列Usubgt;n/subgt;；S3：计算一周期内四个时刻段对应的电流梯度值m(tsubgt;0/subgt;)～m(tsubgt;3/subgt;)；S4：求取Gsubgt;z/subgt;最小化的对应的开关切换时间与开关序列。本发明保持了直接多目标控制方法跟踪性能好、瞬态速度快的优点，实现了开关频率固定，避免了系统调优的繁琐工作，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电机驱动及控制技术领域，尤其涉及一种固定开关频率的直接模型预测控制方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)以其体积小、结构简单、调速范围广等优点，在电动汽车、航空航天、机械制造等领域得到了广泛关注与应用。就电机控制策略而言，文献J.Rodriguez,et al.Latest Advances of Model Predictive Control in Electrical Drives—PartII:Applications and Benchmarking with Classical Control Methods[J].IEEETransactions on Power Electronics,2022,37(5):5047-5061.指出，现代微处理器的巨大计算能力推动了对高性能驱动器的不同控制技术的研究，模型预测控制(MPC)就是其中之一。该策略的使用不需要线性化电机的方程，设计线性控制器和使用脉宽调制。但其也存在一些待优化的问题，如可变开关频率问题。文献许萌,郭辉.NPC三电平逆变器目标合成固定开关频率MPC[J].电力电子技术,2021,55(05):136-140.指出，可变开关频率的问题，将使得开关器件损耗不确定，且影响到输出滤波器的设计，不适用于对开关频率敏感的大功率传动场合。因此，研究固定开关频率的模型预测控制势在必行。

现有技术包括将多个有源电压矢量合成一个虚拟矢量进行固定开关频率控制、结合低通滤波器与脉宽调制器进行开关频率固定、通过扇区定位最优矢量从而二次分配最优开关序列等。但依然存在计算负担大、应用场合限制、影响动态性能的问题。

因此，为解决上述技术问题，本发明提出一种固定开关频率的直接模型预测控制方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，该方法利用电流梯度计算进行开关状态选择，实现了开关频率固定，保持了直接多目标控制方法跟踪性能好、瞬态速度快的优点；将多目标优化问题转变为单目标优化问题，避免了复杂的调优工作，减轻系统计算负担。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：

一种固定开关频率的直接模型预测控制方法，包括如下步骤：

S1：采集并存储当前采样周期的三相电流i_abc、永磁同步电机电角度θ、应用开关状态u(t₀^-)，获取静止坐标系下定子电流给定值i_s^ref(s＝α,β)，从而使得转速稳定在设定值；

S2：根据前一时刻存储的u(t₀^-)配置开关序列输入模块，定义6种开关状态序列U_n(n＝1-6)，根据切换原则，保证了固定的开关频率；

S3：将采集的三相电流i_abc经过坐标变换获得静止坐标系下的定子电流值i_s(t₀)，配置电流梯度计算模块，获得一周期内四个时刻段对应的电流梯度值m(t₀)～m(t₃)，为价值函数的建立提供基础；