一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及同步电机电流控制领域，提供一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质，其方法包括：在永磁同步电机系统启动后，在进入每个控制周期后执行下列操作生成脉冲控制信号：基于电流预测模型和价值函数确定当前控制周期的最优电压矢量，根据前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量的异同，将前一控制周期的最优电压矢量作用于第一时间分段以及将当前控制周期的最优电压矢量作用于第二时间分段，或者将前一控制周期的最优电压矢量作用于当前控制周期全部时间段。本申请在不增加功率器件开关损耗的前提下增加控制周期内的电压矢量个数，提升了永磁同步电机系统的稳态性能。步电机系统的稳态性能。步电机系统的稳态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质


[0001]本申请涉及同步电机电流控制领域，尤其是涉及一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质。

技术介绍

[0002]永磁同步电机系统由于其效率高、可靠性强、控制性能好的优点被广泛研究并应用于航空航天、电动汽车等领域。
[0003]永磁同步电机系统由电力电子器件构成，有着不同的拓扑结构，从拓扑结构上来说具有彼此独立的整流级和逆变级，可以采用不同的调制方法对各部分进行调制，控制策略非常灵活。通常对于该永磁同步电机系统采用基于模型预测的电流控制方法，以通过变量预测和价值函数评估选取出系统最优开关状态，并按照该最优开关状态控制所述永磁同步电机系统，以实现系统的多变量控制，提高动态响应速度和稳态控制精度。
[0004]在传统基于模型预测的电流控制方法中，每个控制周期中仅有一个电压矢量作用于逆变器，这也意味着参考电压和实际电压之间会存在较大的电压误差，从而影响电机的运行效果。而增加控制周期内的电压矢量个数则会导致更高的开关损耗进而降低电机系统的控制性能。

技术实现思路

[0005]为了配置适宜的电压矢量以提高永磁同步电机系统的问题稳态性能，本申请提供一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质。
[0006]本申请提供的一种基于模型预测的电流控制方法、装置和存储介质，采用如下的技术方案：一种基于模型预测的电流控制方法，用于永磁同步电机系统，所述方法包括：根据所述永磁同步电机系统的拓扑结构和预设的参考电流值确定电流预测模型和价值函数；在所述永磁同步电机系统启动后，在进入每个控制周期后执行下列操作生成脉冲控制信号：基于所述电流预测模型和所述价值函数确定当前控制周期的最优电压矢量，并将前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量进行比较；在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量相同的情况下，将前一控制周期的最优电压矢量作用于当前控制周期全部时间段；在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量不相同的情况下，根据前一控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率确定当前控制周期内的第一时间分段和第二时间分段；将前一控制周期的最优电压矢量作用于所述第一时间分段，并将当前控制周期的最优电压矢量作用于所述第二时间分段。
[0007]通过采用上述技术方案，根据永磁同步电机系统的拓扑结构和变量参数确定电流预测模型和价值参数，进而得出常规状态下的每个控制周期的最佳电压矢量，随后根据这些最佳电压矢量进行微调。
[0008]在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量相同的情况下，通过将前一控制周期中的最优电压矢量延伸至当前控制周期的全部时间段，直接使用前一控制周期进行延续，简化操作步骤，提高整体工作效率。
[0009]在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量不相同的情况下，将前一控制周期的最优电压矢量作用于所述第一时间分段，并将当前控制周期的最优电压矢量作用于所述第二时间分段。通过将前一控制周期中的最优电压矢量延伸至当前控制周期的方式，使得当前控制周期内具有两种电压矢量。实现在不增加功率器件开关损耗的前提下增加控制周期内的电压矢量个数，从而有效减小实际作用于电机系统的电压与期望电压之间存在的电压误差，改善了传统基于模型预测的电流控制方法中稳态性能较差的问题，提升了永磁同步电机系统的稳态性能。
[0010]可选的，所述第一时间分段和所述第二时间分段之和等于所述当前控制周期全部时间段，并且所述第一时间分段在时间序列上位于所述第二时间分段之前。
[0011]通过上述技术方案，对当前控制周期内的第一时间分段和第二时间分段均进行限制，保证当前控制周期内不存在空闲时间分段。
[0012]可选的，在所述当前控制周期是所述永磁同步电机启动后的初始控制周期的情况下，将所述前一控制周期的最优电压矢量赋值为当前控制周期的最优电压矢量。
[0013]通过上述技术方案，在初始状态时并不存在前一控制周期的初始电压矢量，故而本案将所述前一控制周期的最优电压矢量赋值为当前控制周期的最优电压矢量，以保证本方法在初始状态下的运行。
[0014]可选的， 基于所述电流预测模型和所述价值函数确定当前控制周期的最优电压矢量，包括：基于所述电流预测模型，得到当前控制周期中各个候选电压矢量对应的预测电流；将代入价值函数后所得数值最小的预测电流作为目标预测电流；将所述目标预测电流对应的候选电压矢量作为当前控制周期的最优电压矢量。
[0015]通过采用上述技术方案，候选电压矢量通常是预设的多个电压矢量，随后通过价值函数找出对目标预测电流最小的候选电压矢量来作为最优电压矢量。此时最优电压矢量的准确性是依赖于候选电压矢量的数量和价值函数的准确性来决定。
[0016]可选的，根据前一控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率确定当前控制周期内的第一时间分段和第二时间分段，包括：计算前一控制周期中最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期中最优电压矢量对应的电流变化率；根据当前控制周期的电流变化率、前一控制周期的电流变换率，结合电流无差拍预测控制原则，计算出所述第一时间分段和所述第二时间分段。
[0017]通过采用上述技术方案，根据前一个控制周期前一控制周期的电流变换率和当前
控制周期的电流变化率以及电流无差拍预测控制原则计算出第一时间分段和第二时间分段，缩短静态误差。
[0018]可选的，所述根据所述永磁同步电机系统的拓扑结构和预设的参考电流值确定电流预测模型和价值函数，包括：根据永磁同步电机系统的拓扑结构，通过离散化电机数学模型，得到永磁同步电机系统d轴和q轴的电压方程；对所述电压方程进行欧拉离散化处理，得到电流预测模型；根据所述电流预测模型构建价值函数。
[0019]可选的，所述永磁同步电机系统d轴和q轴的电压方程为，；其中，i
d
为d轴电流，i
q
分别为q轴电流；u
d
为d轴电压分量，u
q
为q轴电压分量；R、L、Ψ
f
分别为永磁同步电机系统的电阻、电感和磁链；ω为永磁同步电机系统运行时的电气角速度；所述电流预测模型为，
[0020]其中，i
d
(k)为当前控制周期的d轴的采样电流，i
q
(k)为当前控制周期的q轴的采样电流；i
d
(k+1)为下一控制周期的d轴的采样电流，i
q
(k)为下一控制周期的q轴的采样电流；u
d
(k)为候选电压矢量d轴的电压分量，u
q
(k)分别为候选电压矢量q轴的电压分量；R、L、Ψ
f
分别为永磁同步电机系统的电阻、电感和磁链；ω为电机运行时的电气角速度；T为电机系统的控制周期；所述价值函数为，；其中，为预设的d轴电流参考值，为预设的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测的电流控制方法，用于永磁同步电机系统，其特征在于，所述方法包括：根据所述永磁同步电机系统的拓扑结构和预设的参考电流值确定电流预测模型和价值函数；在所述永磁同步电机系统启动后，在进入每个控制周期后执行下列操作生成脉冲控制信号：基于所述电流预测模型和所述价值函数确定当前控制周期的最优电压矢量，并将前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量进行比较；在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量相同的情况下，将前一控制周期的最优电压矢量作用于当前控制周期全部时间段；在前一控制周期的最优电压矢量和当前控制周期的最优电压矢量不相同的情况下，根据前一控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率确定当前控制周期内的第一时间分段和第二时间分段；将前一控制周期的最优电压矢量作用于所述第一时间分段，并将当前控制周期的最优电压矢量作用于所述第二时间分段。2.根据权利要求1所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于，所述第一时间分段和所述第二时间分段之和等于所述当前控制周期全部时间段，并且所述第一时间分段在时间序列上位于所述第二时间分段之前。3.根据权利要求1所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于，在所述当前控制周期是所述永磁同步电机启动后的初始控制周期的情况下，将所述前一控制周期的最优电压矢量赋值为当前控制周期的最优电压矢量。4.根据权利要求1所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于， 基于所述电流预测模型和所述价值函数确定当前控制周期的最优电压矢量，包括：基于所述电流预测模型，得到当前控制周期中各个候选电压矢量对应的预测电流；将代入价值函数后所得数值最小的预测电流作为目标预测电流；将所述目标预测电流对应的候选电压矢量作为当前控制周期的最优电压矢量。5.根据权利要求2所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于，根据前一控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期的最优电压矢量对应的电流变化率确定当前控制周期内的第一时间分段和第二时间分段，包括：计算前一控制周期中最优电压矢量对应的电流变化率和当前控制周期中最优电压矢量对应的电流变化率；根据当前控制周期的电流变化率、前一控制周期的电流变换率，结合电流无差拍预测控制原则，计算出所述第一时间分段和所述第二时间分段。6.根据权利要求1所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步电机系统的拓扑结构和预设的参考电流值确定电流预测模型和价值函数，包括：根据永磁同步电机系统的拓扑结构，通过离散化电机数学模型，得到永磁同步电机系统d轴和q轴的电压方程；对所述电压方程进行欧拉离散化处理，得到电流预测模型；根据所述电流预测模型构建价值函数。
7.根据权利要求6所述的基于模型预测的电流控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机系统d轴和q轴的电压方程为，；其中，i
d
为d轴电流，i
q
分别为q轴电流；u
d
为d轴电压分量，u
q
为q轴电压分量；R、L、Ψ
f
分别为永磁同步电机系统的电阻、电感和磁链；ω为永磁同步电机系统运行时的电气角速度；所述电流预测模型为，；其中，i
d
(k)为当前控制周期的d轴的采样电流，i
q
(k)为当前控制周期的q轴的采样电流；i
d
(k+1)为下一控制周期的d轴的采样电流，i
q
(k)为下一控制周期的q轴的采样电流；u
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨光，王昆，毛赛君，
申请(专利权)人：忱芯电子苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：