一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法及应用

本申请涉及六相永磁同步电机控制算法，更具体地，涉及一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法、一种六相永磁同步电机球形解码预测控制装置以及一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、有限集模型预测控制算法在每个采样周期需要对所有电压矢量进行遍历，计算量很大。对六相永磁同步电机来说，通常的做法是把13个电压矢量（包括最大的电压矢量和一个零矢量）作为电压控制集。在多相电机的多步预测中，电压矢量的数量呈指数增长，n步预测时，13n个电压矢量仍然会带来很大的计算负担。然而较长的预测范围可以降低定子电流总谐波失真，提高系统性能。

2、为了支持更长的预测范围，一种分支定界算法-球形解码算法被引入到多相电机的多步预测中。然而现有的球形解码算法初始半径计算复杂，并且对不同的目标序列具有不同的工作负载，计算是可变的，不适合实时求解。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本申请提供了一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法及应用，旨在实现六相永磁同步电机的长范围模型预测控制，同时避免计算初始半径，并解决计算可变问题。

2、为实现上述目的，按照本申请的第一个方面，提供了一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，包括：建立静止坐标系下六相永磁同步电机的参数模型，并设置变换矩阵将所述参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦；对旋转坐标系下的所述参数模型进行离散化处理得到所述六相永磁同步电机的电流预测模型，并获取供电逆变器各开关状态的电压矢量；根据所述电流预测模型和所述电压矢量得到电流预测值，设置有限步长上的代价函数并代入所述电流预测值进行寻优处理；采用基于归并排序的球形解码算法对所述代价函数进行最优化求解，并根据求解结果实现所述六相永磁同步电机的pi控制。

3、在本申请的一个实施例中，所述设置变换矩阵将所述参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦，包括：根据幅值不变原则得到所述六相永磁同步电机的clarke变换矩阵，将参与机电能量转换的基波空间进行旋转坐标变换，得到所述六相永磁同步电机的park变换矩阵，将所述clarke变换矩阵与park变换矩阵整合得到clarke-park变换矩阵，根据所述clarke-park变换矩阵得到旋转坐标系下的电压方程、磁链方程和转矩方程。

4、在本申请的一个实施例中，设置有限步长上的所述代价函数表示为：；其中，为轴电流参考值，为轴电流，为开关切换损耗，为权重系数。

5、在本申请的一个实施例中，所述六相永磁同步电机球形解码预测控制方法还包括：根据所述开关状态的输出序列和所述输出序列的参考值将所述代价函数向量化表示；将向量化的所述代价函数转换为节点累积欧几里得距离，以将使所述代价函数最小的优化问题表示为整数二次规划问题。

6、在本申请的一个实施例中，所述采用基于归并排序的球形解码对所述代价函数进行最优化求解，包括：由代表各个相位开关状态的节点组成节点树，在层中比较各节点的累积欧几里得距离，选择距离较小的前若干个节点进一步扩展到层；定义存储距离的序列为，在中执行排序操作，开关序列随作对应的排序操作选择每层的幸存节点，以得到该层的获胜路径节点。

7、按照本申请的第二个方面，还提供了一种六相永磁同步电机球形解码预测控制装置，其包括：参数模型建立模块，用于建立静止坐标系下六相永磁同步电机的参数模型，并设置变换矩阵将所述参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦；预测模型得到模块，用于对旋转坐标系下的所述参数模型进行离散化处理得到所述六相永磁同步电机的电流预测模型，并获取供电逆变器各开关状态的电压矢量；代价函数设置模块，用于根据所述电流预测模型和所述电压矢量得到电流预测值，设置有限步长上的代价函数并代入所述电流预测值进行寻优处理；优化求解模块，用于采用基于归并排序的球形解码算法对所述代价函数进行最优化求解，并根据求解结果实现所述六相永磁同步电机的pi控制。

8、在本申请的一个实施例中，所述代价函数设置模块具体用于：设置有限预测步长上的所述代价函数表示为：；其中，为轴电流参考值，为轴电流，为开关切换损耗，为权重系数。

9、在本申请的一个实施例中，所述六相永磁同步电机球形解码预测控制装置还包括：代价函数向量化表示模块，用于根据所述开关状态的输出序列和所述输出序列的参考值将所述代价函数向量化表示；将向量化的所述代价函数转换为节点累积欧几里得距离，以将使所述代价函数最小的优化问题表示为整数二次规划问题。

10、在本申请的一个实施例中，所述优化模型求解模块具体用于：由代表各个相位开关状态的节点组成节点树，在层中比较各节点的累积欧几里得距离，选择距离较小的前若干个节点进一步扩展到层；定义存储距离的序列为，在中执行排序操作，开关序列随作对应的排序操作选择每层的幸存节点，以得到该层的获胜路径节点。

11、又一方面，本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述中任意一个实施例所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法。

12、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

13、通过建立静止坐标系下六相永磁同步电机的参数模型，并设置变换矩阵将所述参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦，对降阶解耦后的参数模型进行离散化处理得到电流预测模型，设置有限步长上的代价函数对电流预测模型输出的电流预测值进行寻优处理，并采用基于归并排序的球形解码算法对代价函数进行最优化求解，以此实现了六相永磁同步电机的长范围模型预测控制，并且既不需计算初始半径，搜索过程中计算量也不会随目标序列而改变，能够适用于实时性求解。

技术特征：

1.一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，其特征在于，所述设置变换矩阵将所述参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦，包括：

3.根据权利要求1所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，其特征在于，设置有限预测步长上的所述代价函数表示为：

4.根据权利要求3所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，其特征在于，所述采用基于归并排序的球形解码算法对所述代价函数进行最优化求解，包括：

6.一种六相永磁同步电机球形解码预测控制装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制装置，其特征在于，所述代价函数设置模块具体用于：

8.根据权利要求7所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制装置，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求8所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制装置，其特征在于，所述优化求解模块具体用于：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1-5中任意一项所述的六相永磁同步电机球形解码预测控制方法。

技术总结本申请公开了一种六相永磁同步电机球形解码预测控制方法，包括：建立静止坐标系下六相永磁同步电机的参数模型，并设置变换矩阵将参数模型转换到旋转坐标系下实现降阶解耦；对旋转坐标系下的参数模型进行离散化处理得到六相永磁同步电机的电流预测模型，并获取供电逆变器各开关状态的电压矢量；根据电流预测模型和电压矢量得到电流预测值，设置有限步长上的代价函数并代入电流预测值进行寻优处理，采用基于归并排序的球形解码算法对代价函数进行最优化求解，并根据求解结果实现六相永磁同步电机的PI控制。其可以实现六相永磁同步电机的长范围模型预测控制，同时避免计算初始半径，并解决计算可变问题。技术研发人员：杨凯,王梦迪,罗伊逍,罗俊强受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1