本技术公开了一种永磁同步电机双矢量模型预测控制方法,该方法与传统双矢量预测控制完全不同,在第一个电压矢量选择后,利用产生的预测误差来选择第二个电压矢量,从而提升模型预测的准确度。本发明具有比传统永磁同步电机双矢量模型预测控制更小的稳态转矩波动和电流谐波。
背景技术
永磁同步电机因其结构简单、效率高、功率密度大等优点被广泛应用于航空航天、医疗卫生、电动汽车等领域。在航空航天、汽车电动等高精尖领域,永磁电机卓越的动、静态性能一直是业内研究者的目标。经典的永磁电机的控制方法包括磁场定向控制和直接转矩控制。
磁场定向控制核心思想是通过坐标变换将三相系统等效为两相系统,实现了PMSM转矩和磁链两变量的解耦控制,使交流电机等效为直流电机进行控制。磁场定向控制采用比例(PI)控制器,需要进行参数整定,其动态性能容易受到电机参数的影响。磁场定向控制的PI控制器,往往是级联结构,最内环是电流环,外环为转速环,转速环的带宽需要小于电流环带宽,且电机的动态响应与稳态特性无法同时兼顾。
直接转矩控制是通过逆变器的开关状态对转矩进行直接控制,在定子坐标系分别计算电磁转矩和磁链幅值,无需对定子电流进行解耦。其控制对象是电磁转矩跟踪误差和定子磁链跟踪误差,允许它们在一定范围内波动。直接转矩控制借助两个滞环比较器,在电机的定子坐标系下直接控制电磁转矩,进而控制逆变器的开关状态,其最大优势是转矩响应比较快,不需要PI控制器,被应用于空气压缩机、搅拌机、传送带等要求启动转矩大、转矩响应快的场合,近年来,随着电动汽车的兴起,直接转矩控制算法在该领域被重视。直接转矩控制算法本身也存在许多不足:开关频率不恒定;稳态电流和转矩脉动大;低速时控制性能不佳,伴随有比较大的噪音。
永磁电机模型预测控制策略的主要思想是:在每个控制周期内,基于系统模型和约束条件,在线求解优化问题,得到最优控制效果。近年来,随着微处理器的快速发展,模型预测控制技术被广泛应用于伺服电机驱动系统,而模型预测控制的突出优点是转矩响应快,使伺服电机驱动系统拥有良好的动态性能。模型预测控制按照控制原理的不同,分为有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)和连续控制集模型预测控制(Continuous Control Set Model Predictive Control,CCS-MPC)。CCS-MPC利用最优控制理论,直接求取满足PMSM系统约束条件的最优电压矢量,结合调制策略实现对电机的控制。FCS-MPC充分利用电力电子器件的离散特点,将所有开关状态作为备选矢量,根据价值函数求取最优开关状态。模型预测控制拥有快速的动态响应能力和优良的稳态特性,能够满足永磁同步电机在高性能控制领域中的应用需求。
双矢量模型预测控制使用占空比控制方式来合成最优电压矢量,该方法所施加的电压矢量不再是七个方向和幅值都固定的电压矢量,给予电机更多的选择状态,使得电机的稳态性能大大提升。然而,当前永磁电机双矢量模型预测控制需要遍历所有的电压矢量,从中选择最优电压矢量,程序复杂,所需计算量大,鲜有相关专利对此问题进行研究。
实现思路