技术特征：
1.一种时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，首先，通过预选的18个零序电压为0的基本电压矢量，结合采样电流，计算出下一周期内将产生的反电动势；然后，将预选电压矢量产生的反电动势代入代价函数中，筛选出最优的电压矢量编号n，并记录代价函数计算数值，代价函数通过进一步的计算得到矢量的最优作用时间；最后，使用计算出的电压矢量和作用时间在下一周期时控制逆变器。2.根据权利要求1所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，该方法具体实现方式为：在k时刻采样六相电流i
a
～i
f
、母线电压u
dc
、转子径向位移x和y、转子切向位置角θ
e
，并计算出转子转速ω
r
；将六相电流采样值变换到静止坐标系，得到转矩平面电流α
t
轴β
t
轴分量i
αt
、i
βt
和悬浮平面电流α
s
轴β
s
轴分量i
αs
、i
βs
；根据电机的数学模型得到电机的转矩平面定子磁链α
t
轴β
t
轴分量ψ
αt
、ψ
βt
及悬浮平面定子磁链α
s
轴β
s
轴分量ψ
αs
、ψ
βs
；通过直接转矩控制和直接悬浮力控制的方法，得到转矩平面定子磁链α
t
轴β
t
轴分量增量δψ
αt
、δψ
βt
及悬浮平面定子磁链α
s
轴β
s
轴分量增量δψ
αs
、δψ
βs
；基于δψ
αt
、δψ
βt
、δψ
αs
、δψ
βs
计算预选电压矢量对应的反电动势α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量，并计算得出对应的代价函数代入代价函数，最终获得控制逆变器的最优电压矢量及最优电压矢量的最优作用时间在下一周期时控制逆变器。3.根据权利要求2所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，该方法具体实现步骤如下：步骤s1、利用电流检测通道检测六相绕组电流i
a
～i
f
，利用电压检测通道检测逆变器直流母线电压u
dc
，利用转子切向位置传感器检测转子切向位置角θ
e
，利用转子径向位移传感器检测转子径向位移x、y；步骤s2、六相绕组电流i
a
～i
f
经过t6变换，获得转矩平面定子电流α
t
轴β
t
轴分量i
αt
、i
βt
及悬浮平面定子电流α
s
轴β
s
轴分量i
αs
、i
βs
，i
z1
、i
z2
均为零序电流，t6变换公式如下：步骤s3、根据i
αt
、i
βt
、i
αs
、i
βs
、转子径向位移x及y、转子切向位置角θ
e
，计算转矩平面定子磁链α
t
轴β
t
轴ψ
αt
、ψ
βt
及悬浮平面定子磁链α
s
轴β
s
轴ψ
αs
、ψ
βs
：其中，l
t
为转矩平面电感，l
s
为悬浮平面电感，|ψ
ft
|为转矩平面永磁磁链幅值，k为悬浮力系数，为悬浮力相位差；步骤s4、根据转矩给定及电磁转矩t
e
，计算转矩误差δt
e
：
步骤s5、基于电机转矩平面数学模型，根据转矩误差δt
e
、转矩平面定子磁链幅值给定转矩平面定子磁链ψ
αt
和ψ
βt
、转矩角增量δδ，计算转矩平面定子磁链α
t
轴β
t
轴分量增量δψ
αt
、δψ
βt
：其中，ω
r
为转子旋转电角速度，t
s
为数字控制周期；步骤s6、根据x、y方向悬浮力给定及x、y方向悬浮力f
x
及f
y
，计算x、y方向悬浮力误差δf
x
及δf
y
：步骤s7、基于电机悬浮平面数学模型，根据x、y方向悬浮力误差δf
x
及δf
y
，计算悬浮平面定子磁链α
s
轴β
s
轴增量δψ
αs
、δψ
βs
：步骤s8、从2～19号电压矢量中依次任选一个电压矢量根据其开关状态s
a(i)
～s
f(i)
、直流母线电压u
dc
，计算α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量如下：轴系分量如下：其中，i＝2,3,...,19；步骤s9、根据第i电压矢量α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量u
αt(i)
、u
βt(i)
、u
αs(i)
、u
βs(i)
及绕组电流α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量i
αt
、i
βt
、i
αs
、i
βs
，计算第i电压矢量对应的反电动势α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量：步骤s10、根据第i电压矢量对应的反电动势α
t
β
t
α
s
β
s
轴系分量、转矩平面定子磁链增量δψ
αt
、δψ
βt
、悬浮平面定子磁链增量δψ
αs
、δψ
βs
，计算第i电压矢量对应的代价函数cost
(i)
及最优作用时间t
s(i)
：cost
(i)
＝δψ
αt
e
αt(i)
+δψ
βt
e
βt(i)
+δψ
αs
e
αs(i)
+δψ
βs
e
βs(i)
步骤s11、根据18个电压矢量对应18个代价函数cost
(i)
(i＝2,3,...,19)，从中找出最小值cost
(n)
，由此找出其对应的电压矢量即为最优电压矢量，对应的逆变器开关状态为s
a(n)
～s
f(n)
，对应的最优电压矢量的最优作用时间t
s(n)
：
步骤s12、对最优电压矢量的最优作用时间t
s(n)
进行限幅，若t
s(n)
＜0，则t
s(n)
＝0；若t
s(n)
＞t
s
，则t
s(n)
＝t
s
；步骤s13、根据步骤s12获得的最优电压矢量的最优作用时间t
s(n)
，计算零电压矢量作用时间t0；t0＝t
s
‑
t
s(n)
步骤s14、根据最优电压矢量对应的逆变器开关状态为s
a(n)
～s
f(n)
、最优电压矢量的最优作用时间t
s(n)
、零电压矢量作用时间t0，通过pwm方法，借助六相逆变器输出作用时间为t
s(n)
的最优电压矢量，实现转矩平面、悬浮平面磁链的精确控制，最终达到电磁转矩、悬浮力的精确控制，减小电磁转矩、悬浮力的稳态脉动。4.根据权利要求3所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，步骤s3中，所述悬浮力系数k、悬浮力相位差获得方法如下：步骤s31、利用转子切向位置角θ
e
把转矩平面电流i
αt
、i
βt
旋转变换至d
t
qt轴系步骤s32、根据i
dt
、i
qt
计算悬浮力系数k、悬浮力相位差如下其中，k
pm
、k
dt
、k
qt
分别为永磁体、单位d
t
q
t
轴电流与单位悬浮力电流相互作用产生的悬浮力基波幅值，这些值均通过有限元仿真软件获得。5.根据权利要求3所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，步骤s4中，转矩给定可借助于速度闭环控制器获得，电磁转矩t
e
可根据转矩平面磁链和电流的叉乘获得：t
e
＝n
p
(ψ
αt
i
βt
‑
ψ
βt
i
αt
)其中，n
p
为电机的磁极对数。6.根据权利要求3所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，步骤s5中，转矩角增量δδ获得方法：将转矩误差δt
e
送给pi调节器获得转矩角增量δδδδ＝k
pt
δt
e
+k
it
∫δt
e
dt其中，k
pt
、k
it
分别为比例系数和积分系数。7.根据权利要求3所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，步骤s6中，x、y方向悬浮力给定可借助于x、y径向位移闭环控制器获得。8.根据权利要求7所述的时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法，其特征在于，步骤s6中，x、y方向悬浮力f
x
f
y
可借助于悬浮平面数学模型进行计算获得：
技术总结
本发明涉及一种时间最优无轴承磁通切换电机转矩及悬浮力预测控制方法。首先，通过预选的18个零序电压为0的基本电压矢量，结合采样电流，计算出下一周期内将产生的反电动势。然后，将预选电压矢量产生的反电动势代入代价函数中，筛选出最优的电压矢量编号n，并记录代价函数计算数值。代价函数通过进一步的计算得到矢量的最优作用时间。最后，使用计算出的电压矢量和作用时间在下一周期时控制逆变器。本发明能够解决六相逆变器供电情况下，电机的电磁转矩和悬浮力的快速而精确控制的难题。磁转矩和悬浮力的快速而精确控制的难题。磁转矩和悬浮力的快速而精确控制的难题。
技术研发人员：周扬忠 刘汪彤 钟天云 屈艾文 杨公德
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.09.18
技术公布日：2021/12/23