【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无刷直流电机的控制方法，尤其涉及一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法及系统。
技术介绍
1、传统的无刷直流电机(brushless dc motor,bldcm)控制方式为方波驱动，然而中小型功率的无刷直流电机的结构设计通常使用短距分数槽绕组，此类电机反电动势的波形更加接近正弦波，若仍用方波电流驱动则会产生较大的换相转矩脉动，会造成电机振动、产生更多的噪音等。现有的正弦波电流驱动采用矢量控制，而矢量控制则是由若干个pi控制器级联组合成控制系统，实现相对容易，但若要保证每个控制器都处于最优比较困难。同时，由于pi控制器所拥有的线性特性导致精度不够高，难以达到无刷直流电机控制系统的高性能要求。而模型预测控制(model predictive control,mpc)，可以通过单一的模型预测控制来替换数个pi控制器级联，并且能在每个采样周期进行滚动最优化，最终实现最优控制。
2、经典双矢量模型预测电流控制，其通过遍历三相vsi的49种所有可能的双电压矢量组合以及作用时间的最优矢量组合即为经典双矢量模型预测，有着更高的动态响应性能。fcs-mpc存在着局限性，先是在一个采样周期内作用于vsi的只有一种开关状态，当开关状态发生改变时，会引起较大的电流波动，进而影响整个系统的稳态性能。其次，所采用的穷举法会带来较大的计算负荷，进而影响控制系统性能。双矢量模型预测虽然在动态响应性能上具有显著优势，但也存在一些局限性。虽然能有效提升控制精度，却导致了计算量的显著增加。此类高计算负荷可能会在实际的实时控制中引发延
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法及系统，在提高计算效率、减少计算量的同时，保持控制精度，避免因简化计算方法导致的性能损失。
2、技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，包括以下步骤：
3、步骤1，建立针对反电动势波形类似正弦波的无刷直流电机的数学模型；
4、步骤2，根据无刷直流电机的数学模型，利用前向欧拉法获得电流预测模型；依据电流预测模型，采用无差拍理论获取d,q轴参考电压；d,q轴参考电压的计算过程中，(k+1)时刻的电流参考值采用拉格朗日外推法来获得；
5、步骤3，根据d,q轴参考电压，合成参考电压矢量；根据实际输出的双矢量合成电压矢量的轨迹构建矢量空间，将矢量空间分割为多个子区域；判断合成的参考电压矢量落在矢量空间中的区域；根据合成的参考电压矢量落在矢量空间中的区域，对应输出最优双矢量组合；
6、步骤4，根据最优双矢量组合，求解价值函数最小时对应的两个矢量在一个周期内的最优作用时间。
7、可以采用任意一种无刷直流电机的数学模型。本方案中优选采用无刷直流电机的数学模型为：
8、
9、式中，ud、uq分别为定子d、q轴电压分量；id、iq分别为定子d、q轴电流分量；rs为电机定子电阻；ls为定子电感；ωn为电机角速度；为电机永磁磁链；t为时间。
10、进一步的，利用一阶向前欧拉法对上式进行离散化处理，可得预测电流模型：
11、
12、式中，ts为控制系统的采样周期；id(k)、iq(k)分别为定子d、q轴电流当前采样周期值，id(k+1)、iq(k+1)分别为定子d、q轴电流下一采样周期预测值；ud(k)、uq(k)分别为定子d、q轴电压当前采样周期值。
13、依据电流预测模型，采用无差拍理论获取d,q轴参考电压，计算式为：
14、
15、式中，为定子d、q轴参考电压，分别为k+1时刻定子d、q轴的电流参考值，分别为k时刻定子d、q轴的电流参考值。
16、其中，d,q轴参考电压的计算过程中，(k+1)时刻的电流参考值采用拉格朗日外推法来获得，计算式为：
17、
18、式中，分别为k-1时刻定子d、q轴的电流参考值，分别为k-2时刻定子d、q轴的电流参考值。
19、根据实际输出的双矢量合成的电压矢量的轨迹构建矢量空间，将矢量空间分割为多个子区域，包括：实际输出的双矢量合成电压矢量的轨迹构成一个六边形空间；六边形的中心点分别与各顶点相连，且每个顶点都与其他顶点相连，所形成的18连线中每条连线都是一种电压矢量组合；将矢量空间以u1(100)为起点，每隔60°分为一个三角区域，在三角区域被所述连线分成的四个区域中，每两种电压矢量组合相交所形成角的角平线相交于一点，将所述四个区域再次分割为多个子区；三角区域被分为一共14个子区。
20、判断合成的参考电压矢量落在矢量空间中的区域，包括以下步骤：
21、(1)计算参考电压矢量的相位角，根据参考电压矢量的相位角判断参考电压矢量末端所在的三角区域；
22、(2)判断参考电压矢量末端所在三角区域中的大致范围，包括：
23、如果参考电压矢量的相位角除以整数倍的60°后的余角在0°至30°之间，通过比较参考电压矢量的长度与ln1和ln2的大小关系，判断出参考电压矢量末端所在三角区域中的大致范围；所述三角区域中的大致范围包括：n_0和n_1区域，n_2和n_3和n_4区域，n_5和n_6区域；
24、如大于ln1且小于ln2则判断参考电压矢量末端处于n_2和n_3和n_4区域，如小于ln1则判断参考电压矢量末端处于n_0和n_1区域，如大于ln2则判断参考电压矢量末端处于n_5和n_6区域；为参考电压矢量的长度；
25、ln1和ln2的计算式为：
26、
27、其中，ln1为n_1区和n_2区的分界线与参考电压矢量的交点到原点的距离，ln2为n_4区和n_5区的分界线与参考电压矢量的交点到原点的距离；udc是直流母线电压，θ′为参考电压矢量的相位角；m＝1～6，用于扇区计数；
28、(3)确定参考电压矢量末端所在子区位置，包括：
29、参考电压矢量末端处于n_0和n_1区域，如果则判断参考电压矢量末端处于n_0区，则判断参考电压矢量末端处于n_1区；
30、参考电压矢量末端处于n_2和n_3和n_4区域，如果且则判断参考电压矢量末端在n_2区；如果且则判断参考电压矢量末端在n_3区；如果且则判断参考电压矢量末端在n_4区；
31、参考电压矢量末端处于n_5和n_6区域，如果则判断参考电压矢量末端处于n_5区，则判断参考电压矢量末端处于n_6区；
32、ln11、ln2、ln22、ln23、ln31的计算式为：
33、
34、式中，ln1为n_0区本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：采用无刷直流电机的数学模型为：
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：利用一阶向前欧拉法对上式进行离散化处理，可得预测电流模型：
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：依据电流预测模型，采用无差拍理论获取d，q轴参考电压，计算式为：
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：d，q轴参考电压的计算过程中，(k+1)时刻的电流参考值采用拉格朗日外推法来获得，计算式为：
6.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：根据实际输出的双矢量合成的电压矢量的轨迹构建矢量空间，将矢量空间分割为多个子区域，包括：实际输出的双矢量合成电压矢量的轨迹构成一个六边形空间；六边形的中心点分别与各顶点相连，且每个顶点都与其他顶点相连，所形成的18连线中每条连线都是一种电
7.根据权利要求6所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：判断合成的参考电压矢量落在矢量空间中的区域，包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：所述价值函数为：
9.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：定子d、q轴电流下一采样周期预测值的计算式为：
10.一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：采用无刷直流电机的数学模型为：
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：利用一阶向前欧拉法对上式进行离散化处理，可得预测电流模型：
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：依据电流预测模型，采用无差拍理论获取d，q轴参考电压，计算式为：
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：d，q轴参考电压的计算过程中，(k+1)时刻的电流参考值采用拉格朗日外推法来获得，计算式为：
6.根据权利要求1所述的无刷直流电机的双矢量模型预测控制方法，其特征在于：根据实际输出的双矢量合成的电压矢量的轨迹构建矢量空间，将矢量空间分割为多个子区域，包括...
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