基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法
2023-05-03 09:07:51
基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙凸極永磁同步電機（DSPM）的電流控制方法，包括如下步驟：得到八組逆變器開關矢量信號；在當前時刻k，在每一組逆變器開關矢量信號下，預測下一時刻k+1的p相定子電流其中，p表示電機A、B和C相；在每一組逆變器開關矢量信號下，根據得到d軸和q軸的電流預測值；在每一組逆變器開關矢量信號下，計算下一時刻k+1的d軸預測電流誤差和q軸預測電流誤差根據和選取轉矩波動和磁鏈波動總量最小時的開關矢量信號作為逆變器開關的驅動信號，實時控制逆變器開關管的通斷。該方法通過對DSPM電機輸出電流的精確控制，精確控制逆變器開關矢量變化，使電機轉矩波動和磁鏈波動最小，對電極參數要求低，響應速度快。
【專利說明】基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雙凸極永磁同步電機【技術領域】，更具體地，涉及一種基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法。
【背景技術】
[0002]雙凸極永磁同步電機(DoublySalient Permanent Magnet SynchronousMachine, DSPM)的基本結構首先由Rauch和Johnson在20世紀50年代提出，由於受當時電力電子和電機控制技術的限制，未能在業內引起關注。20世紀90年代初，美國Wisconsin-Madison大學的T.A.Lipo教授對DSPM的新型結構和電磁模型等進行了全面深入研究，相關理論和實驗研究表明，DSPM具有很強的機械魯棒性和較高的力矩密度，因而逐漸引起了國際同行的研究興趣(R.F.Schiferl and Τ.A.Lipo, "Power capabilityof salient pole permanent magnet synchronous motors in variable speed driveapplications, ^IEEE Transactions on Industry Applications, vol.26, n0.1, pp.115-12 3,Jan./Feb.1990.)。
[0003]DSPM電機在結構上保留了開關磁阻電機的多數特點，即永磁體安裝在定子上，轉子上即無永磁鐵也無電刷，具有結構簡單，轉動慣量小，動態響應快，功率密度高，控制靈活，效率高等優點。當前對DSPM的研究主要集中在電機機械結構和電磁特性的優化設計。由於DSPM的定子和轉子均為雙凸極結構，電機的磁路具有非對稱性，存在一定程度的電磁局部飽和，導致DSPM的轉矩存在不同程度的力矩波動，並隨電流和功率等級的增加而加大。單純地改進電機結構和進行電磁優化設計，不能很好地減小DSPM的力矩波動和提高驅動性能，同時還存在研究周期長、成本高等缺點。
[0004]高級控制策略可以有效地抑制DSPM的力矩波動和明顯提高電機驅動能力，相對本體結構設計和電磁優化而言，它具有研究周期短、成本低等優勢，可有效地拓展DSPM的應用範圍。然而，當前關於DSPM的控制研究，多集中在開關關斷角控制，電流單斬控制等(馬長山，周波.永磁式雙凸極電機新型開通關斷角控制策略的電流比研究.中國電機工程學報，2009，29(9):67-73.)。該類控制策略的動態響應速度慢，同時對電機參數要求較高，控制過程中不好確定電流關斷的時間和角度等，嚴重影響了 DSPM的驅動能力。此外，實際應用中，由於溫升和頻率等影響，DSPM的電感和電阻等參數將發生一定變化，加之各種外圍信號幹擾，實際在選擇電流關斷時間和角度時，會出現較大誤差，導致DSPM的轉矩進一步惡化，進而加大DSPM的變頻器驅動損耗。
[0005]因此，研究具有自主調節能力，對電機參數要求低，響應速度快的新型控制策略，對DSPM及驅動系統而言意義十分重大。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，即通過對DSPM電機輸出電流的精確控制，精確控制逆變器開關矢量變化，使電機轉矩波動和磁鏈波動最小，該方法對電極參數要求低，響應速度快。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了一種基於模型預測的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，包括如下步驟:(I)對電機逆變器的開關管狀態進行組合，得到八組逆變器開關矢量信號；(2)在當前時刻k，分別在每一組逆變器開關矢量信號下，採集雙
凸極永磁同步電機的P相定子電圧P相定子電流Z和轉子角速度預測下一時刻
k+Ι的P相定子電流<+1，其中，P表示電機A、B和C相；(3)分別在每一組逆變器開關矢量
信號下，根據下一時刻k+Ι的P相定子電流(6+1，結合定轉子繞組坐標變換原理，得到d軸和q軸的電流預測值
【權利要求】
1.一種雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)對電機逆變器的開關管狀態進行組合，得到八組逆變器開關矢量信號； (2)在當前時刻k，分別在每一組逆變器開關矢量信號下，採集雙凸極永磁同步電機的P相定子電壓# P相定子電流^和轉子角速度ω P預測下一時刻k+Ι的P相定子電流<，其中，P表不電機A、B和C相； (3)分別在每一組逆變器開關矢量信號下，根據下一時刻k+Ι的P相定子電流(6+1，結合定轉子繞組坐標變換原理，得到d軸和q軸的電流預測值idk+1和iqk+1 ； (4)分別在每一組逆變器開關矢量信號下，計算下一時刻k+Ι的d軸預測電流誤差
2.如權利要求1所述的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，所述步驟
(2 )中，下一時刻 k+1 的 ρ 相定子電流
3.如權利要求2所述的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，d軸和q軸的電流預測值idk+1和iqk+1可表示為:
4.如權利要求1至3中任一項所述的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，所述步驟(4)中，ζ =0, <由電機參考轉速和輸出轉速通過PI調節器得到。
5.如權利要求1至4中任一項所述的雙凸極永磁同步電機的電流控制方法，其特徵在於，所述步驟(5)的具體實現方式為:構造成本函數
【文檔編號】H02P21/12GK103746624SQ201310740488
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月28日 優先權日:2013年12月28日
【發明者】徐偉 申請人:華中科技大學