双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法与流程

技术特征：

1.双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法，其特征在于，利用网侧输入电压、电流、开关电路输入侧电压，双级矩阵变换器开关矩阵模型和同步磁阻电机定子电流及转子角速度，建立双级矩阵变换器驱动同步磁阻电机系统数学模型并离散化，依据建立的离散数学模型对输入无功功率和同步磁阻电机定子磁链和电磁转矩进行预测，并建立下一时刻输入无功功率、同步磁阻电机定子磁链和电磁转矩与各自参考值之间误差的功能函数，以此功能函数为约束对双级矩阵变换器的开关状态进行寻优，利用最优开关状态实现同步磁阻电机控制。

2.根据权利要求1所述的双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法，其特征在于，所述建立双级矩阵变换器驱动同步磁阻电机数学模型，具体为：

在三相静止坐标轴下，同步磁阻电机的定子电压方程如式(1)所示：

式中，u_A、u_B、u_C为同步磁阻电机定子绕组三相相电压瞬时值；i_ou、i_ov、i_ow为定子绕组三相相电流瞬时值；R_S为定子每相绕组的电阻，分别为A、B、C相绕组全磁链；

A、B、C相绕组的全磁链方程为：

式中，L_A、L_B、L_C为A、B、C三相定子绕组自感；M_AB、M_AC、M_BA、M_BC、M_CA、M_CB为定子各相绕组间互感；

定子自感与互感分别表示如下：

式中，L_δ为漏感；L_s0、L_s2分别为自感的恒定分量与倍频分量；M₀、M₂分别为互感的恒定分量与倍频分量；θ_r为转子d轴与A相间夹角；

旋转dq坐标系下同步磁阻电机电压方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_d=R_s{i}_d-{\mathrm{\ω}}_e{L}_q{i}_q+L_d\frac{{\mathrm{di}}_d}{dt}\\ u_q=R_s{i}_q+{\mathrm{\ω}}_e{L}_d{i}_d+L_q\frac{{\mathrm{di}}_q}{dt}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中：u_d、u_q为同步磁阻电机d、q轴定子电压；i_d、i_q为同步磁阻电机d、q轴定子电流；L_d、L_q为d、q轴电感；ω_e为转子电角速度；

转矩方程：

式中，p为电机极对数，为d、q轴磁链，其中：

将公式(7)带入(6)中可得：

T_e＝p(L_d-L_q)i_di_q (8)。

3.根据权利要求2所述的双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法，其特征在于，所述同步磁阻电机数学模型离散化及预测值计算具体为：

将公式(7)代入公式(5)的旋转dq坐标系下同步磁阻电机电压方程中可得：

因为

所以d、q轴下同步磁阻电机定子磁链预测公式表示为：

由式(7)得到同步磁阻电机定子电流的离散形式如下：

由式(8)得到同步磁阻电机电磁转矩预测公式为：

T_e^k+1＝p(L_d-L_q)i_d^k+1i_q^k+1 (12)。

4.根据权利要求3所述的双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法，其特征在于，所述建立功能函数具体为：

在双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制中，以输入无功功率、同步磁阻电机定子磁链和电磁转矩为控制对象来确定功能函数：

输入无功功率q_in与其参考值之间的误差表达式如式(13)所示：

${\mathrm{\Δq}}_{in}^{k+1}=|0-(U_{s\mathrm{\α}}^{k+1}{I}_{s\mathrm{\β}}^{k+1}-U_{s\mathrm{\β}}^{k+1}{I}_{s\mathrm{\α}}^{k+1})|---\left(13\right)$

其中，0是瞬时无功功率参考值，和分别为k+1时刻两相静止坐标系下网侧输入电压、电流的实部和虚部，为采样输入三相电压、电流，经输入侧离散化模型预测所得两相静止坐标系下k+1时刻输入电压、电流；

同步磁阻电机电磁转矩与其参考值误差如式(14)所示：

ΔT_e^k+1＝|T_e^*-T_e^k+1| (14)

其中，上标“*”代表参考值，转矩的参考值通过转速PI环给定；

同步磁阻电机磁链与其参考值误差如式(15)：

为了确保双级矩阵变换器的直流侧电压始终为正，定义h：

$h=\left\{\begin{array}{cc}0& u_{dc}^{k+1}\>0\\ 10000& u_{dc}^{k+1}\≤0\end{array}\right.---\left(16\right)$

功能函数的表达式如式(17)所示：

其中，A、B、C是功能函数的权重因子，权重因子的大小决定着功能函数中输入功率、同步磁阻电机定子磁链和电磁转矩对开关状态选择的作用效果。

5.根据权利要求4所述的双级矩阵变换器驱动的同步磁阻电机模型预测控制方法，其特征在于，所述以功能函数为约束对双级矩阵变换器的开关状态进行寻优，具体为：

在每个采样周期，将48种开关状态组合代入建立的系统数学模型中计算功能函数，以功能函数为约束对双级矩阵变换器48种开关状态进行寻优，选择最小的g值所对应的一组开关状态，利用最优开关状态实现同步磁阻电机控制，达到输入无功功率、同步磁阻电机磁链和电磁转矩分别以最优状态跟踪给定的目的。