【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁同步电机模型预测控制，尤其涉及一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法。
技术介绍
1、与异步电机相比，永磁同步电机具有体积小、功率高、效率高、发热低、可靠性高等优点，因此在船舰电力推进、电动汽车、机器人、航空航天等领域具有广阔的应用前景。传统永磁同步电机控制方法主要有矢量控制和直接转矩控制，然而，矢量控制时，pi参数的调节繁琐，而直接转矩控制的稳态性能差。模型预测控制根据预测模型，预测电压矢量作用对系统未来性能的影响，通过遍历所有可选的电压矢量，将选择出的最优电压矢量作用于电机。模型预测控制相较于矢量控制具有更简单的控制结构，无需pi参数调节，而且可以得到快速的转矩与电流的响应，同时可以为不同的系统专门设计相应的优化目标，诸如抑制谐波电流，提高负载电流的质量，降低开关频率等。而模型预测控制与直接转矩控制相比，又可以获得较为固定的开关频率以及较好的稳态性能。因此，其受到了学术界和工业界的广泛关注。
2、传统模型预测控制方法在一个控制周期内选取使代价函数最小的电压矢量作用于逆变器，然而，三相逆变器只具有8个电压矢量，这导致遍历过程存在较大电流脉动和转矩脉动，系统稳态性能不佳。通过离散空间矢量调制技术将控制周期均等地划分为数个小周期，并分别应用基本电压矢量，可以合成大量的虚拟电压矢量来提升模型预测控制方法的控制效果。然而，随着虚拟电压矢量的增加，算法的计算负担成倍增加，这阻碍了模型预测控制方法的应用。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决相关
2、本专利技术提供一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，包括：
3、s1：采样三相永磁同步电机电流，并通过clark变换和park变换将电机电流转换为轴电流；
4、s2：通过转速pi控制器，获得轴电流参考值，并将轴电流参考值设置为0；
5、s3：通过对轴电流进行一拍延时补偿，运用电流参考值计算参考电压，并将参考电压转换成静止平面参考电压；
6、s4：通过将1个控制周期等分为n份，n≥2，获取第一级电压矢量扩展集，扩展后电压数目为个，根据静止平面参考电压，对第一级电压矢量扩展集进行电压矢量预选，确定电压矢量候选集，候选电压数目为n+1个，通过对电压矢量候选集中的候选电压矢量进行评估，获得第一级最优电压矢量；
7、s5：对第一级最优电压矢量进行第二级电压矢量扩展，获得第二级电压矢量扩展集，第二级扩展电压数目最多为3个，将第二级电压矢量扩展集中的电压矢量作为候选电压矢量进行评估，获得第二级最优电压矢量；
8、s6：将第二级最优电压矢量转换为逆变器控制信号。
9、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括通过clark变换和park变换将电机电流转换为轴电流，坐标变换计算表达式为：
10、
11、其中，为第控制周期直轴电流，为第控制周期交轴电流，为第控制周期电机转子位置电角度，为第控制周期电机相电流，为第控制周期电机相电流，为第控制周期电机相电流。
12、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括所述s3步骤中，对轴电流进行一拍延时补偿，一拍延时补偿后的轴电流计算表达式为：
13、
14、其中，为第控制周期补偿交轴电流，为第控制周期补偿直轴电流，为第控制周期直轴电流，为第控制周期交轴电流，为采样周期，为三相永磁同步电机轴电感，为第控制周期得到的最优轴电压矢量，为电角速度，为三相永磁同步电机轴电感，为三相永磁同步电机定子内阻，为永磁体磁链，为第控制周期得到的最优轴电压矢量。
15、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括通过一拍延时补偿后的轴电流计算参考电压，参考电压计算表达式为：
16、
17、其中，为轴参考电压，为轴参考电压，为轴参考电流，为轴参考电流。
18、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括将参考电压转换为静止平面的参考电压，静止平面的参考电压计算表达式为：
19、
20、其中，为静止平面参考电压，为第一静止平面参考电压，为第二静止平面参考电压，为第控制周期电机转子位置电角度。
21、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括所述s4步骤中，获取第一电压矢量扩展集，第一级电压矢量为：
22、
23、其中，为第一级电压矢量，∈{0，1，2，…，n}，，n为大于等于2的整数，为逆变器相上桥臂导通对应的电压矢量，为逆变器相上桥臂导通对应的电压矢量，为逆变器相上桥臂导通对应的电压矢量。
24、根据本专利技术提供的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，还包括所述s4步骤中，对第一级电压矢量扩展集进行电压矢量预选，确定电压矢量候选集，包括：
25、s41：根据静止平面参考电压，确定候选区域，
26、当为候选区域1；
27、当为候选区域2；
28、当为候选区域3；
29、其中，为第一静止平面参考电压，为第二静止平面参考电压；
30、s42：根据候选区域获取 x、 y、 z的期望值；
31、的期望值计算表达式为：
32、当属于候选区域1时，；
33、当属于候选区域2时，；
34、当属于候选区域3时，；
35、其中，为的期望值，为直流母线电压，n为大于等于2的整数；
36、的期望值计算表达式为：
37、当属于候选区域1时，；
38、当属于候选区域2时，；
39、当属于候选区域3时，；
40、其中，为的期望值；
41、的期望值计算表达式为：
42、当属于候选区域1时，；
43、当属于候选区域2时，
44、当属于候选区域3时，
45、其中，为的期望值；
46、s43：获取的整数部分、的整数部分、的整数部分；
47、
48、其中，为取整数部分函数，为的整数部分，为的整数部分，为的整数部分；
49、s44：根据、、确定电压矢量候选集，候选区域1的电压矢量候选集计算表达式为：
50、
51、候选区域2的电压矢量候选集计算表达式为：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，通过Clark变换和Park变换将电机电流转换为轴电流，坐标变换计算表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述S3步骤中，对轴电流进行一拍延时补偿，一拍延时补偿后的轴电流计算表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，通过一拍延时补偿后的轴电流计算参考电压，参考电压计算表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，将参考电压转换为静止平面的参考电压，静止平面的参考电压计算表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述S4步骤中，获取第一电压矢量扩展集，第一级电压矢量为：
7.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同
8.根据权利要求7所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，通过对候选电压矢量评估确定第一级最优电压矢量；第一级最优电压矢量计算表达式为：
9.根据权利要求7所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述S5步骤中，对第一级最优电压矢量进行第二级电压矢量扩展，获得第二级电压矢量扩展集，
10.根据权利要求9所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述S5步骤中，通过将第二级电压矢量扩展集中的电压矢量作为候选电压矢量进行评估，获得第二级最优电压矢量，第二级最优电压矢量的计算表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，通过clark变换和park变换将电机电流转换为轴电流，坐标变换计算表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述s3步骤中，对轴电流进行一拍延时补偿，一拍延时补偿后的轴电流计算表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，通过一拍延时补偿后的轴电流计算参考电压，参考电压计算表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，将参考电压转换为静止平面的参考电压，静止平面的参考电压计算表达式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于电压矢量扩展的永磁同步电机模型预测控制方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张镇，朱志豪，韩瑞雪，但杨文，王夙歆，谢华伟，侯春艳，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：
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