[发明专利]基于定子参考磁链优化模型的转矩预测控制式电驱动方法

摘要

基于定子参考磁链优化模型的转矩预测控制式电驱动方法属于电机控制技术领域，其特征在于在由永磁同步电机、逆变器和转子位置编码器组成的电驱动系统中，引入转矩、码继预测模拟、实时优化的参改码继计数模块以及基于成本函数的开关状态优化模块，利用转矩码继承的模型的任一条件周期的码继和转矩，利用实时优化的参改码继计数模块由所述转矩计算出优化的实时优化参数码继承，而基于成本函数的开关状态优化模块根据设定的优化参数转矩值及上述参数，利用成本函数模型，从8个开关状态中求出总开关次数最低的开关状态预测。本发明在不该变原有硬件设备条件下，在整个动态或稳定运转过程中提高了电机的效率。

主权项

1.基于定子参考磁链优化模型的转矩预测控制式电驱动方法，其特征在于，是在一个基于定子参考磁链优化模型的转子预测控制的电驱动系统中依次按以下步骤实现的：步骤（1）系统构建：设有永磁同步电机、逆变器和位置编码器，以及基于成本函数的开关状态优化模块以及转矩磁链预测模块，还设定：采样周期K，预测次数N，N=n^*，设为优化的预测次数，用n表示序号；所述转矩磁链预测模块设有：电机定子电流i（k）以及转子位置θ的采样子模块、定子电流i（k）坐标变换子模块、下一个采用周期（k+1）时的定子电流i（k+1）预测子模块、下一个采用周期（k+1）时的定子磁链估计子模块以及下一个采样周期（k+1）的电磁转矩估计模块，基于成本函数的开关状态优化模块，包括：成本函数计算子模块以及开关状态序列优化子模块，步骤（2）依次按以下步骤实现基于定子参考磁链优化模型的转矩预测控制式的从第k+1个采用周期到第k+n个采用周期内的经过优化的开关电驱动方法：步骤（2.1）在第k个采样周期，用定子电流互感器及所述位置编码器采集所述永磁同步电机的两相电流信号(i_a,i_b)，转子位置θ_r，并输入所述转矩、磁链预测模块，步骤（2.2）所述转矩磁链预测模块依次按以下步骤生成第k+n个周期的磁链ψ_s(k+n)和转矩Te(k+n)，并输入所述基于成本函数的开关状态优化模块，步骤（2.2.1）按下式把两相电流信号(i_a,i_b)从ABC定子坐标系转换到d-q转子坐标系：idiqi0=23cos(θ)cos(θ-2π3)cos(θ+2π3)-sin(θ)-sin(θ-2π3)-sin(θ+2π3)222222iaibic]]>θ为转子位置。步骤（2.2.2）设定第K个采样周期的8个有限的开关状态j，j=1,2,.....7，其中000及111这两个状态同为零状态，下式预测第（k+1）个采样周期时的电流i_d(k+1)和电流i_q(k+1)：id(k+1)=id(k)+(-Rsid(k)+we(k)Lqiq(k)+ud(k)Ld)Tsiq(k+1)=iq(k)+(-Rsiq(k)-we(k)Ldid(k)+uq(k)-we(k)ψfLq)Ts]]>其中T_s为系统采样周期，T_S≥K,u_d,u_q为转子旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压，i_d,i_q为转子旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，ω_e电机运行过程中定子磁场或者定子电流的角速度R_s定子相电阻L_d,L_q为转子旋转坐标系下的直轴电感和交轴电感，步骤（2.2.3）按下式预测第（k+1）个采样周期的直轴磁链ψ_d(k+1)和交轴磁链ψ_q(k+1)：ψd(k+1)=Ld·id(k+1)+ψfcos((dθ/dt)Ts)ψq(k+1)=Lq·iq(k+1)-ψfsin((dθ/dt)Ts)]]>ψ_f为由转子永磁体产生的磁链，步骤（2.2.4）按下式预测第（k+1）个周期内的转矩T₁（k+1）：(k+1)·i_s(k+1)，并输入所述基于成本函数的开关状态优化模块，其中：ψ_s为定子磁链，p为极对数，i_s为定子电流。步骤（2.2.5）按下式计算在时的优化的定子磁链另ψ_ref是定子参考磁链ψod*=-b14a1+-B1+2y--(3B1+2y-2B2B1+2y)2,]]>各系数按下式计数：a₁=(a+f)e³，其中Rfe为铁损等效电阻，b₁=b·e³+3(a+f)·b·d·e³，其中：d=L_q·ψ_f其中：c₁=3b·d·e²+3(a+f)·d²·e，其中：d₁=3b·d²·e+(a+f)·d³，y=-56B1+P3·U-U,]]>其中：U=|3Q2±Q24+P327|,]]>Q=B13108+B1·B33-B228.]]>步骤（2.2.5）所述基于成本函数的开关状态优化模块计算优化后的7种开关状态序列的成本函数g（o p），优化是指逆变器功率开关器件总开关次数最低的那一个开关状态序列s（k+n），g（Jo）的初始成本是∞，j=1，2,3，……，7，g(k+1)=|T_ref-T_e(k+1)|+Q₁|ψ_ref-ψ_s(k+1)|，是标量，单位为1，下同g(k+2)=g(k+1)+|Tref-Te(k+2)|+Q1|ψref-ψs(k+2)|+Q2|S(k+1)-S(k+2)|···g(k+n)=ΣN=1n-1g(k+N)+|Tref-Te(k+n)|+Q1|ψref-ψs(k+n)|+Q2|S(k+n)-S(k+n-1)|]]>其中Q₁=1000是权重系数，Q₂=2.5，是额定转矩T_N和S_N之比，S_N是两个采样周期的逆变器开关次数之差，Q₁是额定转矩T_N和额定磁链ψ_N之比，T_ref为参考转矩，为N=_n^*时的转矩，设定值。步骤（3）重复步骤（1）到步骤（2.2.5），求出7组开关状态j中逆变器的功率开关器件开关次数最小的一组s（k+n）对应的成本函数g（o p），初始时是s(k)=0。