[发明专利]一种基于占空比的模型预测转矩控制方法

摘要

一种基于占空比的模型预测转矩控制方法：在已有电机的六个基本有效矢量的基础上，增加六个虚拟矢量，同时建立以定子磁链定向的旋转坐标系，根据转矩和磁链增减需求分为四个扇区，每个控制周期每个扇区都包含三个待选矢量，则减少待选矢量个数，减少计算时间；针对三个待选电压矢量，根据转矩误差和磁链误差分别计算三个待选矢量在本控制周期末达到转矩误差为零的转矩占空比和磁链误差为零的磁链占空比，根据转矩占空比和磁链占空比提出一种新的最优评价方法，不需要传统方法中的评价函数，从而也就消除了权重系数的问题；同时加入占空比算法，抑制传统单矢量作用控制导致的转矩脉动。在消除权重因子问题的同时，使转矩和磁链同时控制，因此使转矩和磁链具有更好的控制效果。

主权项

1.一种基于占空比的模型预测转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在k时刻，由控制系统对电机转子电角速度ωe，转子位置角θ，电机ABC三相电流iA(k)、iB(k)和iC(k)，直流母线电压udc(k)进行采样，并求解ABC三相电流的d、q轴分量id(k)和iq(k)；2)将转速误差Δωe通过PI调节器计算得到电磁转矩参考值Te*，定子磁链参考值为恒定值ψs*；3)根据得到的ABC三相电流的d、q轴分量id(k)和iq(k)，利用转矩公式得到k时刻的电磁转矩值Te(k)，利用定子磁链计算公式计算得到k时刻定子磁链的d轴和q轴分量分别为ψd(k)和ψq(k)，根据坐标变换将定子磁链的d轴和q轴分量变换到α轴和β轴得到定子磁链在α轴和β轴的分量ψα(k)和ψβ(k)，然后根据ψα(k)和ψβ(k)求出磁链幅值ψs(k)和磁链角度θs；利用电磁转矩参考值Te*和定子磁链参考值ψs*，求得k时刻的转矩误差Te_error和磁链误差ψs_error；4)根据转矩误差Te_error和磁链误差ψs_error选择扇区，将扇区内的3个矢量构成有限控制集的待选矢量；5)将三个待选矢量带入到电机模型中，分别预测三个待选矢量下一控制周期的d轴和q轴电流值id1(k+1)、id2(k+1)、id3(k+1)和iq1(k+1)、iq2(k+1)、iq3(k+1)，根据电磁转矩和定子磁链的计算公式预测得到在三个待选矢量的作用下，下一控制周期的电磁转矩分别为Te1(k+1)、Te2(k+1)、Te3(k+1)和定子磁链分别为ψs1(k+1)、ψs2(k+1)、ψs3(k+1)，从而得到三个待选矢量在一个控制周期转矩的变化量分别为ΔTe1、ΔTe2、ΔTe3和磁链的变化量分别为Δψs1、Δψs2、Δψs3，用转矩误差Te_error除以一个控制周期转矩的变化量，求得k+1时刻转矩达到无差拍时，三个待选矢量的转矩占空比分别为DT1、DT2、DT3，用磁链误差ψs_error除以一个控制周期磁链的变化量，求得磁链达到无差拍时，三个待选矢量的磁链占空比分别为Dψ1、Dψ2、Dψ3，对求得的所有转矩占空比和的磁链占空比进行限幅处理，限制幅值在0～1之间；6)利用转矩占空比DT1、DT2、DT3和磁链占空比Dψ1、Dψ2、Dψ3，得到每个矢量转矩占空比与对应的磁链占空比的差值Derror1、Derror2、Derror3，选择三个待选矢量中最优的一个作为最优矢量；7)根据最优矢量，得到最优矢量的α轴和β轴分量Vα，Vβ，最优矢量的占空比选择转矩占空比DT，将最优矢量的α轴和β轴分量Vα，Vβ与转矩占空比DT相乘，将得到的结果在下一控制周期输出作用于电机，并返回步骤1)～步骤7)，以此循环。