永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器制造方法及图纸

本公开提出一种永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器，涉及电机技术领域。该方法包括：确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数；确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩；根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值；根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量；利用所述目标电压矢量，对所述第k个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制，从而减少了系统的损耗。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器
本公开涉及电机
，尤其涉及一种永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器。
技术介绍
永磁同步电机(Permanentmagneticsynchronousmachine,简称PMSM)，是由稀土永磁体励磁的，当稀土永磁体被磁化时，可以产生永磁磁场。近年来，随着稀土永磁材料、电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电机以其重量轻、效率高、结构简单、体积小等优点，在各个领域得到了广泛的应用。在使用模型预测控制时，如何减少系统的损耗，成为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本公开的目的旨在至少解决上述的技术问题之一。本公开提出一种永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器，通过该方法可以有效解决加权因数的设计问题，还可以在保证稳态性能的同时，尽可能的降低开关损耗。本公开一方面实施例提出的永磁同步电机的模型预测控制方法，包括：确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数；确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩；根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值；根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量；利用所述目标电压矢量，对所述第k个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。本公开另一方面实施例提出的永磁同步电机的模型预测控制装置，包括：第一确定模块，用于确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数；第二确定模块，用于确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩；第三确定模块，用于根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值；第四确定模块，用于根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量；控制模块，用于利用所述目标电压矢量，对所述第k个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。本公开再一方面实施例提出的电机控制器，其包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的永磁同步电机的模型预测控制方法。本公开又一方面实施例提出的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如前所述的永磁同步电机的模型预测控制方法。本公开又一方面实施例提出的计算机程序，该程序被处理器执行时，以实现本公开实施例所述的永磁同步电机的模型预测控制方法。本公开实施例提供的永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器，存在如下有益效果：可以首先确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，之后再确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩，然后根据第一参考转矩及第二参考转矩，分别确定N个候选电压矢量在第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值，从而根据每个候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定第k个控制周期对应的目标电压矢量，即可利用目标电压矢量，对第k个控制周期内的永磁同步电机进行控制。由此，通过两级串联双转矩模型预测控制方法，可以最大限度的保证在相邻周期可以使用相同的电压矢量对电机进行控制，从而减少了电压矢量的切换，进而减少了开关的切换频率，降低了开关频率的损耗。本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。附图说明本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本公开一实施例所提供的一种永磁同步电机的模型预测控制方法的流程示意图；图2为本公开一实施例提供的一种永磁同步电机的模型预测控制方法的控制框图；图3为本公开一实施例所提供的一种表贴式永磁同步电机的两电平变换器拓扑结构示意图；图4为本公开一实施例所提供的一种a相绕组等效电路图；图5为本公开一实施例所提供的一种αβ轴电动势与电流的关系；图6为本公开一实施例提供的一种双转矩预测轨迹图；图7A为本公开一实施例提供的一种传统MPTC在额定负载(5N·m)下的稳态性能图；图7B为本公开一实施例提供的一种传统MPTC在500rpm转速下的下的稳态性能图；图7C为本公开一实施例提供的一种单级D-MPTC在额定负载(5N·m)下的稳态性能图；图7D为本公开一实施例提供的一种单级D-MPTC在额定负载(5N·m)下的稳态性能图；图7E为本公开一实施例提供的一种两级串联D-MPTC在额定负载(5N·m)下的稳态性能图；图7F为本公开一实施例提供的一种两级串联D-MPTC在额定负载(5N·m)下的稳态性能图；图8为本公开一实施例提供的传统MPTC、单级D-MPTC、两级串联D-MPTC方法对应的开关频率对比结果；图9A为本公开一实施例提供的一种传统MPTC在500rpm转速下负载从3N·m变为5N·m时的动态响应结果；图9B为本公开一实施例提供的一种单级D-MPTC在500rpm转速下负载从3N·m变为5N·m时的动态响应结果；图9C为本公开一实施例提供的一种两级串联D-MPTC在500rpm转速下负载从3N·m变为5N·m时的动态响应结果；图10为本公开另一实施例所提供的一种永磁同步电机的模型预测控制方法的流程示意图；图11为本公开一实施例提供的一种永磁同步电机的模型预测控制装置的结构示意图；图12为本公开实施例提供的电机控制器的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。下面参考附图对本公开提供的永磁同步电机的模型预测控制方法、装置及电机控制器进行详细描述。本公开实施例的永磁同步电机的模型预测控制方法，可由本公开实施例提供的永磁同步电机的模型预测控制装置执行，该装置可配置于电机控制器中。图1为本公开实施例所提供的一种永磁同步电机的模型预测控制方法的流程示意图。如图1所示，该永磁同步电机的模型预测控制方法，包括以下步骤：步骤101，确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数。其中，候选电压矢量可以由逆变器产生，逆变器可以为多种拓扑结构，比如说两电平逆变器、三电平逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机的模型预测控制方法，其特征在于，包括：/n确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数；/n确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩；/n根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值；/n根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量；/n利用所述目标电压矢量，对所述第k个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的模型预测控制方法，其特征在于，包括：
确定N个候选电压矢量及第k个控制周期对应的第一参考转矩，其中，N和k分别为正整数；
确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩；
根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值；
根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量；
利用所述目标电压矢量，对所述第k个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值，包括：
根据预设的双转矩预测模型，确定在所述第k个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的每个第一预测转矩；
根据所述每个第一预测转矩、预设的代价函数及所述第一参考转矩，确定所述每个第一预测转矩对应的每个第一代价函数值；
由低至高的顺序从N个所述第一代价函数值中选取M个第一代价函数值，其中，M为小于N的正整数；
根据所述预设的双转矩预测模型，确定在所述第k+1个控制周期内M个候选电压矢量内每个候选电压矢量对应的每个第二预测转矩，其中，所述M个候选电压矢量分别与所述M个第一代价函数值对应；
根据所述每个第二预测转矩、所述预设的代价函数及所述第二参考转矩，确定所述每个第二预测转矩对应的每个第二代价函数值。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述第k个控制周期对应的目标电压矢量，包括：
确定所述M个候选电压矢量内、每个候选电压矢量对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和；
将第一代价函数值与第二代价函数值的和最小的候选电压矢量，确定为所述目标电压矢量。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一参考转矩及所述第二参考转矩，分别确定所述N个候选电压矢量在所述第k个控制周期内对应的各个第一代价函数值、及在所述第k+1个控制周期内对应的各个第二代价函数值，包括：
根据预设的双转矩预测模型，确定在所述第k个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的每个第一预测转矩、及在所述第k+1个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的每个第二预测转矩；
根据所述每个第一预测转矩、预设的代价函数及所述第一参考转矩，确定所述每个第一预测转矩对应的每个第一代价函数值；
根据所述每个第二预测转矩、预设的代价函数及所述第二参考转矩，确定所述每个第二预测转矩对应的每个第二代价函数值。


5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述确定第k+1个控制周期对应的第二参考转矩，包括：
获取第k-1个控制周期对应的第三参考转矩、及与第k-2个控制周期对应的第四参考转矩；
根据所述第一参考转矩、所述第三参考转矩及所述第四参考转矩，确定所述第二参考转矩。


6.一种永磁同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，闫康，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11