一种基于变角度预测控制的电压矢量区域选择方法与流程

本发明属于矢量选择
技术领域：
，具体涉及一种基于表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的电压矢量区域选择方法。
背景技术：
：直接转矩控制技术基于定子磁链坐标系并直接将转矩作为控制对象，避免了旋转坐标变换时的大量计算以及对电机参数的依赖性，其动态性能好，转矩响应时间短。表面式永磁同步电机直接转矩预测控制系统中，引入评价函数，从转矩误差和定子磁链误差两个方面综合考虑，并加以控制，采用空间矢量调制技术，从而实现更加理想的控制效果。但是伴随着变量和运算函数，增加了计算运行的时间和复杂程度，故此，提出一种表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制-电压矢量选择区域，进而优化控制系统性能。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于变角度预测控制的电压矢量区域选择方法，以提高永磁同步电机直接转矩控制系统的性能，减小转矩脉动，且开关频率恒定。本发明采用以下技术方案：一种基于变角度预测控制的电压矢量区域选择方法，首先基于dtc预测控制，给出表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的选择区域；然后将电压矢量相角选择区域进行三等分得到三个相角集合，通过定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值；最后对比三种相角集合，分析表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的控制性能，完成电压矢量区域选择。具体的，表面式永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择区域如下：∠v11∈(0°,90°)∠v01∈(90°,180°-δ)∠v00∈(180°,270°)∠v10∈(270°,360°-δ)其中，∠v11为增大转矩，增大定子磁链的区间，∠v01为增大转矩，减小定子磁链的区间，∠v00为减小转矩，减小定子磁链的区间，∠v10为减小转矩，增大定子磁链的区间，δ为转矩角。具体的，首先求出电压矢量通过定子磁链滞环比较器的输出值转矩滞环比较器的输出值τ、转矩角δ值选出电压矢量所在区间，再将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，找出对应角度的电压矢量。进一步的，目标函数g计算如下：转矩脉动均方根误差trip_rmse计算如下：磁链脉动均方根误差ψrip_rmse计算如下：其中，n为样本数量；te为为参考转矩值，ψs为参考定子磁链幅值。更进一步的，定子磁链幅值计算如下：转矩公式计算如下：其中，为下一时刻的定子磁链幅值，为当前时刻的电压矢量，为当前时刻的定子磁链幅值，δ(k+1)为下一时刻的转矩角，δ(k)为当前时刻的转矩角，te(k+1)为下一时刻的转矩值。进一步的，选择电压矢量幅值为：其中，udc为母线电压。具体的，第一个相角集合为：其中，为第一个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，增大转矩，减小定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，δ为转矩角。具体的，第二个相角集合为：其中，为第二个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，增大转矩，减小定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，减小转矩，增大定子磁链的备选角度，δ为转矩角。具体的，第三个相角集合为：其中，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，δ为转矩角。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明一种基于变角度预测控制的电压矢量区域选择方法，基于直接转矩控制预测控制，给出表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的选择区域，减小转矩脉动和定子磁链脉动，减少了控制系统的运行时间，减少了开关表的次数。进一步的，通过定子磁链滞环比较器的输出值转矩滞环比较器的输出值τ，转矩角δ值选出电压矢量所在区间，再将参考转矩值和参考定子磁链值输入目标函数选择出最小值，从而选出最优电压矢量。进一步的，根据第一个相角集合可以得出此集合下的控制系统性能，第二个相角集合得出此集合下的控制系统性能，第三个相角集合得出此集合下的控制系统性能。综上所述，本发明能简化系统的选择，减少运算时间，且有一定的可行性。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为基于本发明的永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的原理框图；图2为本发明的原理框图；图3为本发明中定子磁链变化图；图4为电压矢量选择图；图5为角度选择1的转矩脉动图；图6为角度选择1的定子磁链脉动图；图7为角度选择1的选择电压矢量角度图；图8为角度选择2的转矩脉动图；图9为角度选择2的定子磁链脉动图；图10为角度选择2的选择电压矢量角度图；图11为角度选择3的转矩脉动图；图12为角度选择3的定子磁链脉动图；图13为角度选择3的选择电压矢量角度图。具体实施方式请参阅图1，本发明提供了一种基于变角度预测控制的电压矢量区域选择方法，包括以下步骤：s1、基于dtc预测控制，通过定子磁链比较器和转矩比较器确定电压矢量选择区域；给出表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的基本选择区域，在定子磁链坐标系下，表面式永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择区域如下：∠v11∈(0°,90°)∠v01∈(90°,180°-δ)∠v00∈(180°,270°)∠v10∈(270°,360°-δ)其中，∠v11为增大转矩，增大定子磁链的区间，∠v01为增大转矩，减小定子磁链的区间，∠v00为减小转矩，减小定子磁链的区间，∠v10为减小转矩，增大定子磁链的区间，δ为转矩角。s2、将电压矢量相角选择区域进行等分，通过定子磁链幅值和转矩值计算目标函数g值。请参阅图2，首先求出电压矢量通过定子磁链滞环比较器的输出值转矩滞环比较器的输出值τ、转矩角δ值选出电压矢量在哪一个区间，将电压矢量相角区间分成了四个，再将定子磁链幅值和转矩值输入目标函数g中选取出min(g)，找出对应角度的电压矢量。请参阅图3，角度α为电压矢量的选择相角，将α分为四个区域，并且将每一个区域进行三等分，电压矢量相角四个区域划分如图4所示。在给定的电压矢量基本选择区域，预测控制的电压矢量就是在有限备选电压矢量集合中选择最优电压矢量，预测控制的计算量和性能与备选电压矢量相角等分数成正比，当备选电压矢量相角等分数增长到一定值后，性能的提升出现饱和。具体步骤如下：s201、确定选择电压矢量幅值为udc为母线电压，在备选电压矢量相角三等分的前提下，先选择第一个相角集合，即：角度选择1其中，为第一个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，增大转矩，减小定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，为第一个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，δ为转矩角。这个相角集合是表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的标准集合。通过转矩脉动和定子磁链脉动计算出评价指标g的最小值min(g)，对比一下g值、转矩脉动和定子磁链脉动的大小。定子磁链计算公式如(1)所示转矩公式如(2)、(3)、(4)所示定义q如下：其中，为下一时刻的定子磁链幅值，为当前时刻的电压矢量，为当前时刻的定子磁链幅值，δ(k+1)为下一时刻的转矩角，δ(k)为当前时刻的转矩角，te(k+1)为下一时刻的转矩值。评价指标函数公式如式(5)所示：转矩脉动均方根误差如式(6)所示，其中n为样本数量：磁链脉动均方根误差如式(7)所示，其中n为样本数量：其中，n为样本数量；te为为参考转矩值，ψs为参考定子磁链幅值。表1控制性能转矩脉动均方根误差/n.m1.3519磁链脉动均方根误差/wb0.0065s202、在备选电压矢量相角三等分的前提下，选择第二个相角集合，即：角度选择2其中，为第二个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，增大转矩，减小定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，减小转矩，减小定子磁链的备选角度，为第二个相角集合下，减小转矩，增大定子磁链的备选角度，δ为转矩角。这个相角集合是表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的试验集合。通过转矩脉动和定子磁链脉动计算出评价指标g的最小值min(g)，对比一下g值、转矩脉动和定子磁链脉动的大小。其中所运用到的公式与角度选择1一样。表2控制性能转矩脉动均方根误差/n.m1.3560磁链脉动均方根误差/wb0.0067s203、在备选电压矢量相角三等分的前提下，选择第三个相角集合，即：角度选择3其中，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，为第三个相角集合下，增大转矩，增大定子磁链的备选角度，δ为转矩角。这个相角集合是表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制的试验集合。通过转矩脉动和定子磁链脉动计算出评价指标g的最小值min(g)，对比一下g值、转矩脉动和定子磁链脉动的大小；其中，所运用到的公式与角度选择1一样。表3控制性能转矩脉动均方根误差/n.m1.3214磁链脉动均方根误差/wb0.0065s3、对比步骤s2得到的三种相角集合的g值、转矩脉动和定子磁链脉动的大小，分析表面式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测的备选电压矢量相角的选择。选择电压矢量幅值：选择电压矢量角度：确定角度选择3的系统控制效果最好。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图5、图6、图8、图9、图11、图12，可以看出在三种角度选择的情况下，转矩脉动和定子磁链脉动的变化不是特别大。参阅图7、图10、图13，在三种不同的角度选择下，控制系统所选择的角度差异会非常大，而且系统选择角度的数量也会有很大的变化。不同的角度选择对磁链脉动均方根误差影响不大，但对转矩脉动均方根误差影响大。与角度选择1相比，角度选择3实现容易，无需转矩角信息，但预测控制需要转矩角信息。角度选择3仿真发现：转矩较大时，较少出现增加转矩，减小磁链(即v01)的情况。转矩较大时，v01实际仅选择95度和135度，也就是175度参与了计算，但实际没有选择。本发明考虑变备选集合的控制思路：转矩较小，设计3个备选变量，转矩较大，设计2个备选变量，从而减小运算时间。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。当前第1页12