一种永磁同步电机级联型预测转矩控制方法与流程

本发明涉及电机控制，尤其是一种永磁同步电机级联型预测转矩控制方法。

背景技术：

1、开绕组永磁同步电机系统具有更高的功率密度、更大的低速输出转矩、更高的高速输出功率、更优的弱磁特性以及更小的相电流受到研究者的青睐，在大功率场合有了迅速的推广及应用。

2、高性能交流调速方式一般有磁场定向控制(foc)、直接转矩控制(dtc)和模型预测控制(mpc)，foc能够实现电机良好的转矩和磁链控制，但内部电流环需要复杂的整定；dtc控制结构简单能够实现快速动态响应，但是转矩脉动较大。mpc具有动态响应快和控制效果好等优点，但是mpc需要对定子磁链权重因子和零序电流权重因子同时整定，过程繁琐，计算负担大，不利于实际应用。

3、有鉴于此，本技术人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种有助于减轻计算负担的永磁同步电机级联型预测转矩控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种永磁同步电机级联型预测转矩控制方法，包括如下步骤：

4、s1：建立oew-pmsm数学模型；

5、s2：对所述oew-pmsm数学模型进行离散化处理，获取定子磁链ψs、定子电流is和定子电压us的测量值；

6、s3：通过步骤2的测量值预测出k+1时刻的零序电流is0(k+1)、电磁转矩te(k+1)和定子磁链ψs(k+1)，其中，k为当前时刻；

7、s4：对所述电磁转矩te(k+1)构建电磁转矩成本函数jδte并对所述定子磁链ψs(k+1)构建磁链成本函数jδψ；

8、s5：列出所述电磁转矩成本函数jδte及所述磁链成本函数jδψ两个成本函数的所有分层顺序，对每种顺序进行仿真分析，选择所述电磁转矩成本函数jδte-所述磁链成本函数jδψ作为所述磁转矩成本函数jδte及所述磁链成本函数jδψ两个成本函数的分层寻优顺序；

9、s6：根据步骤3的零序电流is0(k+1)的正负划分为两个初始有限集，并确定所述电磁转矩成本函数jδte及所述磁链成本函数jδψ每层有限集中的电压矢量个数，确定步骤如下：

10、s6-1：计算出有限集中每一个电压矢量所产生的共模电压u0大小；

11、s6-2：判断步骤3预测出的所述零序电流is0(k+1)的数值，所述零序电流is0(k+1)大于或等于0时，则选择产生共模电压u0小于或等于0的电压矢量组成有限集；所述零序电流is0(k+1)小于0时，选择产生共模电压u0大于0的电压矢量组成有限集；

12、s6-3：预先设置有阈值，从有限集中剔除所产生共模电压u0幅值大于或等于所述阈值的电压矢量；

13、s6-4：最终确定剔除后剩余的所述电磁转矩成本函数jδte和所述磁链成本函数jδψ每层有限集中的电压矢量个数；

14、s7：将得到的有限集中电压矢量通过oew-pmsm数学模型中的延时补偿环节得到k+2时刻的电磁转矩te(k+2)和k+2时刻的电磁转矩ψs(k+2)，将预测k+2时刻的所述电磁转矩te(k+2)代入所述电磁转矩成本函数中，将预测k+2时刻的定子磁链ψs(k+2)代入所述定子磁链成本函数jδψ中，从m个电压矢量筛选出使最小的n个电压矢量，再从n个电压矢量筛选出使jδψ最小的电压矢量，其中，m、n都为正整数，选择使jδψ最小的电压矢量作为最终筛选出的最优电压矢量；

15、s8：将最终筛选出的所述最优电压矢量作用于逆变器上输入到开绕组永磁同步电机中控制开绕组永磁同步电机电机的转矩和磁链。

16、进一步的，步骤s2中，所述定子磁链ψs、所述定子电流is和所述定子电压us的具体获取方式：

17、采用恒功率变换，通过坐标变换将oew-pmsm数学模型变换到在旋转坐标系下，在旋转坐标系下，定子磁链ψs的表达式如下：

18、

19、在旋转坐标系下，电机的电磁转矩te的表达式如下：

20、

21、在旋转坐标系下，定子电压平衡方程的表达式如下：

22、

23、其中，ψsd,ψsq,ψs0为定子磁链的d轴分量、q轴分量和0轴分量；usd,usq,us0为定子电压的d轴分量、q轴分量和0轴分量；isd,isq,is0为定子电流的d轴分量、q轴分量和0轴分量，p为微分算子，ωr为电机转速，ld为d轴电感，lq为q轴电感，lsσ1为电机漏感，ψf为基波永磁磁链，ψ3f为永磁磁链的三次谐波分量，θr为转子位置角，rs为定子电阻。

24、进一步的，步骤s3中，k+1时刻的零序电流is0(k+1)、电磁转矩te(k+1)和定子磁链ψs(k+1)的计算公式如下：

25、机械时间常数远大于电气时间常数，在相邻两个控制周期内将电机转速ωr和转子位置角θr视为不变的情况下，一阶欧拉离散化表达式如下：

26、

27、计算出k+1时刻的定子磁链ψs(k+1)幅值为：

28、

29、计算出k+1时刻的定子点电流的d轴分量isd(k+1)、定子磁链的q轴分量isq(k+1)以及定子磁链的d轴分量is0(k+1)：

30、

31、通过公式(6)计算出k+1时刻的电磁转矩te(k+1)幅值为：

32、

33、其中，ψsd(k+1)为k+1时刻的定子磁链的d轴分量，ψsq(k+1)为k+1时刻的定子磁链的q轴分量，ψs0(k+1)为k+1时刻的定子磁链的0轴分量，usd(k)为k+1时刻的定子电压的d轴分量，ts为控制周期。

34、进一步的，所述定子电压的d轴分量usd(k)、所述定子电压的q轴分量usq(k)以及所述定子电压的0轴分量us0(k)的计算公式如下：

35、

36、其中，为当前控制周期的定子电压。

37、进一步的，所述当前控制周期的定子电压的计算公式如下：

38、

39、其中，ta1为逆变器1的a相上管作用时间，ta2为逆变器2的a相上管作用时间，tb1为逆变器1的b相上管作用时间，tb2为逆变器2的b相上管作用时间，tc1为逆变器1的c相上管作用时间，tc2为逆变器2的c相上管作用时间。

40、进一步的，步骤s4中电磁转矩评价函数jδte的表达式如下：

41、

42、磁链评价函数jδψ的表达式如下：

43、jδψ＝||ψs|*-|ψs(k+2)||2  (11)；

44、其中，为电磁转矩参考值，|ψs|*为定子磁链参考值。

45、采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

46、1、通过引入级联型预测转矩控制的方法，利用其分层寻优的思想，直接避免了权重因子的引入，且通过剔除产生共模电压幅值较大的元素，既可以进一步抑制零序电流，也可以减轻负担，具有算法简单、通用性好、易于实现等优点。

47、2、通过划分有限集的方法来抑制零序电流，并对每层有限集矢量个数进行优化，达到更好的控制效果，可以降低整个系统的电流纹波与零序电流。