一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法技术

本发明专利技术的一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，首先获取k时刻的三相电流、转子电角度、给定转速以及k‑1时刻的三相电流和开关状态；然后计算第k个采样周期内作用矢量的dq轴电流差，并根据不同基本电压矢量间的关系计算同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差，并更新电流差查找表；然后计算k+1时刻dq轴电流的预测值，并通过滚动优化输出使价值函数最小的基本电压矢量；最后，通过中点电位平衡控制选出最优逆变器开关状态驱动电机。本发明专利技术不需要电阻、磁链和电感参数参与运算，能够有效降低模型失配对系统性能的影响，此外，在一个采样周期内能够更新多个电流差，有效地提高了电流差的更新频率，而且兼顾了中点电位的平衡。

A model free predictive current control method for three level permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法
本专利技术涉及一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，属于电机驱动及控制领域。
技术介绍
模型预测电流控制(Modelpredictivecurrentcontrol,MPCC)以其响应速度快、多目标优化、原理简单等特点受到了研究者们的广泛关注。一般而言，传统的MPCC方案通过最小化价值函数来直接选择最优的开关状态，从而保障了良好的电流跟踪性能。然而MPCC方案的电流跟踪精度主要取决于精确的电机参数，包括定子电阻、dq轴电感和永磁体磁链。因此，基于模型的MPCC方案受电机参数模型影响较大，参数的不确定性必然会导致MPCC性能下降。所以，为了降低参数的不确定性对系统控制性能的影响，已提出一种基于电流差检测的无模型预测电流控制(Model-freepredictivecurrentcontrol,MFPCC)算法。MFPCC算法通过采用过去时刻被储存在电流差查找表中的不同开关状态下的电流差和当前电流状态来取代基于模型的电流预测，不需要任何的电机参数参与运算，因此具有很强的参数鲁棒性，而且MFPCC算法通过简单的加减运算取代了传统的MPCC算法中复杂的乘除运算，从而极大地减少了数字处理器的计算负担。然而MFPCC算法的稳定运行依赖于高精度的电流差，因此需要较高的电流差更新频率。但是，由于三电平逆变器存在27个基本电压矢量，导致其电流差更新频率要远低于两电平逆变器。所以，为提高三电平逆变器的电流差更新频率，可采用一种电流差强制更新算法，即设置一个最小的电流差更新周期，当一个开关状态在该周期内没有被应用时，则强制输出未使用的开关状态。但是该强制更新算法是以牺牲价值函数的最优输出和增大电流纹波为代价实现的。
技术实现思路
技术问题：针对上述现有技术，提出一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，能够在保证价值函数最优输出的前提下有效地提高电流差的更新频率，同时兼顾了中点电位的平衡。技术方案：一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，包括如下步骤：步骤1：将给定转速和实际转速Nr通过转速外环PI控制器得到(k+1)时刻的参考q轴电流并给定d轴电流参考步骤2：从编码器中得到永磁同步电机的电角度θ，并获取(k-1)时刻和k时刻的三相定子电流is(k-1)和is(k)，s＝a，b，c，然后对三相定子电流做过Clark变换和Park变换后得到(k-1)时刻和k时刻定子电流在dq轴的分量id(k-1)、iq(k-1)和id(k)、iq(k)；步骤3：利用电流差计算模块获取(k-1)时刻基本电压矢量作用下的dq轴电流差Δid|Sk-1和Δiq|Sk-1，并获取与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差，再更新电流差查找表；步骤4：通过电流预测模块并结合电流差查找表对(k+1)时刻不同开关状态下的dq轴电流进行预测，得到预测值id(k+1)|Sj和iq(k+1)|Sj；步骤5：通过价值函数的滚动优化输出使价值函数最小的基本电压矢量umin；步骤6：通过中点电位平衡模块输出最优开关状态Sabc驱动逆变器。进一步的，步骤1中，将给定转速与实际转速Nr的差值en输入转速外环PI控制器，根据公式(1)获得所述参考q轴电流其中，kp和ki分别为转速外环PI控制器的比例增益和积分增益，s为复变量。进一步的，步骤2中，通过电流传感器分别测量所述(k-1)时刻和k时刻的三相定子电流is(k-1)和is(k)(s＝a，b，c)，经公式(2)的Clark变换后得到(k-1)时刻和k时刻定子电流的αβ轴分量iα(k-1)、iβ(k-1)和iα(k)、iβ(k)，再经公式(3)的Park变换后得到所述(k-1)时刻和k时刻定子电流在dq轴的分量id(k-1)、iq(k-1)和id(k)、iq(k)；进一步的，步骤3中，所述(k-1)时刻基本电压矢量作用下的dq轴电流差Δid|Sk-1和Δiq|Sk-1通过公式(4)计算获取，Sk-1表示(k-1)时刻的开关状态，Sk-1∈{S1,S2,…,S27}；所述与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差计算方法如下：步骤A：零矢量所对应的开关状态分别为S25，S26，S27，判断Sk-1所对应的基本电压矢量是否为零矢量，如果是，则不计算与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差，否则执行下一步；步骤B：根据公式(5)将基本电压矢量的作用效果分为两部分，即零矢量作用下dq轴电流的自然衰减δid0、δiq0和有源矢量作用下dq轴电流的强制响应δid|Sj、δiq|Sj，当Sj＝S25，S26，S27时δid|Sj＝0、δiq|Sj＝0；然后，将NPC三电平逆变器的空间电压矢量以同一直线方向上的基本电压矢量为一类分为6个类别，判断Sk-1所对应的基本电压矢量的类别号m(m＝1,2,…,6)，中矢量对应的类别号为2，4，6，小矢量和大矢量对应的类别号为1，3，5；如果m＝2，4，6，即Sk-1所对应的基本电压矢量为中矢量，中矢量所对应的开关状态分别为S4，S8，S12，S16，S20，S24，结合公式(4)和公式(6)计算同一类别中矢量作用下的dq轴电流差；步骤C：如果m＝1，3，5，即Sk-1所对应的基本电压矢量为小矢量或大矢量，小矢量所对应的开关状态分别为S1，S2，S5，S6，S9，S10，S13，S14，S17，S18，S21，S22；大矢量所对应的开关状态分别为S3，S7，S11，S15，S19，S23，结合公式(4)和公式(7)获得同一类别小矢量和大矢量作用下的dq轴电流差；其中，Δid|Sj、Δiq|Sj分别为开关状态Sj作用下的dq轴电流差；id、iq分别为定子电流在dq轴的分量；Ld、Lq分别为dq轴的电感分量；ψf为永磁体磁链；R表示定子电阻；Ts表示采样周期；ωe表示电角速度，ωe＝dθ/dt；ud|Sj和uq|Sj分别表示开关状态Sj作用下的dq轴定子电压分量；Sj表示开关状态，j＝1,2,…,27；步骤D：将计算的不同开关状态下的dq轴电流差存入一张包含27个不同开关状态的电流差查找表中并替换掉表中同开关状态的原始数据，完成电流差查找表的更新。进一步的，步骤4具体包括：首先从电流差查找表中获取不同开关状态下的dq轴电流差Δid|Sj和Δiq|Sj；然后根据公式(8)计算(k+1)时刻不同开关状态下的dq轴的电流预测值id(k+1)|Sj和iq(k+1)|Sj；进一步的，步骤5具体包括：首先将所述id(k+1)|Sj和iq(k+1)|Sj送入价值函数(9)中获取不同开关状态Sj下的价值函数输出gj＝{g1,g2,…,g27}；然后，通过公式(10)获得最小化的价值函数输出gmin，则umin即为满足gmin的基本电压矢量；gmin＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：将给定转速N

【技术特征摘要】
1.一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将给定转速Nrref和实际转速Nr通过转速外环PI控制器得到(k+1)时刻的参考q轴电流iqref(k+1)，并给定d轴电流参考idref(k+1)＝0；
步骤2：从编码器中得到永磁同步电机的电角度θ，并获取(k-1)时刻和k时刻的三相定子电流is(k-1)和is(k)，s＝a，b，c，然后对三相定子电流做过Clark变换和Park变换后得到(k-1)时刻和k时刻定子电流在dq轴的分量id(k-1)、iq(k-1)和id(k)、iq(k)；
步骤3：利用电流差计算模块获取(k-1)时刻基本电压矢量作用下的dq轴电流差Δid|Sk-1和Δiq|Sk-1，并获取与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差，再更新电流差查找表；
步骤4：通过电流预测模块并结合电流差查找表对(k+1)时刻不同开关状态下的dq轴电流进行预测，得到预测值id(k+1)|Sj和iq(k+1)|Sj；
步骤5：通过价值函数的滚动优化输出使价值函数最小的基本电压矢量umin；
步骤6：通过中点电位平衡模块输出最优开关状态Sabc驱动逆变器。


2.根据权利要求1所述的一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤1中，将给定转速Nrref与实际转速Nr的差值en输入转速外环PI控制器，根据公式(1)获得所述参考q轴电流iqref(k+1)；



其中，kp和ki分别为转速外环PI控制器的比例增益和积分增益，s为复变量。


3.根据权利要求1所述的一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤2中，通过电流传感器分别测量所述(k-1)时刻和k时刻的三相定子电流is(k-1)和is(k)(s＝a，b，c)，经公式(2)的Clark变换后得到(k-1)时刻和k时刻定子电流的αβ轴分量iα(k-1)、iβ(k-1)和iα(k)、iβ(k)，再经公式(3)的Park变换后得到所述(k-1)时刻和k时刻定子电流在dq轴的分量id(k-1)、iq(k-1)和id(k)、iq(k)；








4.根据权利要求1所述的一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤3中，所述(k-1)时刻基本电压矢量作用下的dq轴电流差Δid|Sk-1和Δiq|Sk-1通过公式(4)计算获取，Sk-1表示(k-1)时刻的开关状态，Sk-1∈{S1,S2,…,S27}；
所述与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差计算方法如下：
步骤A：零矢量所对应的开关状态分别为S25，S26，S27，判断Sk-1所对应的基本电压矢量是否为零矢量，如果是，则不计算与(k-1)时刻作用矢量同向和反向的基本电压矢量所对应的dq轴电流差，否则执行下一步；
步骤B：根据公式(5)将基本电压矢量的作用效果分为两部分，即零矢量作用下dq轴电流的自然衰减δid0、δiq0和有源矢量作用下dq轴电流的强制响应δid|Sj、δiq|Sj，当Sj＝S25，S26，S27时δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：於锋，朱晨光，周陈辉，罗潇，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32