步电机的a相电流绝对值，Iib|表示永磁同步电机的b相 电流绝对值，I 表示永磁同步电机的c相电流绝对值；
[0112] 步骤2-3、根据步骤2-2得到的电压矢量集合所包含的4个电压矢量计算k+Ι时刻 4组电压udi (k+1)、uqi (k+Ι)，满足下式：
[0114] 其中，udi(k+l)、uqi(k+l)、Sai、Sbi、Sci的下标i= 1，2,3,4 ;
[0115] 3、如图4所示，所述的延时补偿单元主要包括以下步骤：
[0116] 步骤3-1、根据步骤1-3得到的电流id(k+1)、iq(k+Ι)和步骤2-3得到的4组电压 udi(k+l)、uqi(k+l)，计算4组k+2时刻的电流值idi(k+2)、iqi(k+2)，如下式所示：
[0118] 其中，idl(k+2)、iql(k+2)的下标i= 1，2,3,4 ;
[0119] 4、如图4所示，所述的目标函数J单元主要包括以下步骤：
[0120] 步骤4-1、将步骤3-1计算的4组k+2时刻的电流值idl (k+2)、iql (k+2)带入目标 函数上中，计算得到4组Ji值；所述的目标函数Ji为：
[0121] 1= |idref-idi(k+2) | + |iqref_iqi(k+2) |
[0122] 其中，'f为励磁电流指令值，iqraf为转矩电流指令值，h的下标i= 1，2,3,4 ;
[0123] 步骤4-2、比较步骤4-1得到的4组以直，确定J廣小值对应的电压矢量u(SaSbS。）， 并将其用于基于两电平逆变器的永磁同步电机控制。
[0124] 根据上述步骤，可计算出最优电压矢量u(SaSbS。)，并将其应用到永磁同步电机的 控制中，从而可实现模型预测共模电压抑制。
[0125] 为了验证本发明的有效性，进行了实验验证。实验所用PMSG的定子电阻为0. 03 欧，d轴电感为0. 013H，q轴电感为0. 025H，永磁体磁链为1. 16Wb，额定频率为32Hz。试验 中，直流侧电压Ud。设为600V。图5为本算法和传统的6矢量法（闫雪丽，郝本昂，夏自 田，等.基于预测控制的共模电压抑制策略分析[J].煤矿机电，2014,（5) :58-64.)的开 关频率对比结果。可见，该方法可以有效降低开关频率。图6给出了传统算法的电流动态 响应过程，图7给出了本算法的电流动态响应过程，实验时，转速ω^为400r/min，电流指令 idraf= 〇,i由20A突增为100A。可见，两种方法具有相似的动态响应过程和电流嵌位特 性。
【主权项】
1. 一种永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法，包括永磁同步电机电流、电压的采 样，其特征在于，主要步骤如下： 步骤1、采样k时刻永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并通过坐标变换得到同步旋转 dq坐标系下的电流id、iq，满足下式：其中，Θ 1^为永磁同步电机的转子位置角度，通过安装在永磁同步电机上的光电编码器 得到； 步骤2、根据逆变器的驱动信号得到k时刻的开关状态Sa、Sb、S。，并根据k时刻逆变器 的开关状态Sa、Sb、S。和直流侧电压Ud。，计算k时刻同步旋转dq坐标系下的电压u d，Uq，满 足下式：其中，开关状态Sa、Sb、S。等于O或1 ; Sa= 1表示两电平逆变器a相桥臂上管导通，下管关断； Sa= O表示两电平逆变器a相桥臂上管关断，下管导通； Sb= 1表示两电平逆变器b相桥臂上管导通，下管关断； Sb= O表示两电平逆变器b相桥臂上管关断，下管导通； S。= 1表示两电平逆变器c相桥臂上管导通，下管关断； S。= O表示两电平逆变器c相桥臂上管关断，下管导通； Ud。为逆变器的直流侧电压，通过直流电压传感器采样得到； 步骤3、根据步骤1得到的电流id、iq和步骤2得到的电压u d、uq，预测k+Ι时刻的电流 id(k+l)、iq(k+Ι)，满足下式：其中，矩阵A、B、C满足：其中，Rs为定子电阻，LdSd轴电感，Lq为q轴电感，ω ^为同步转速，Ts为控制周期， Φ f为永磁体磁链。 步骤4、根据步骤2得到的k时刻逆变器的开关状态Sa、Sb、S。，得到k时刻作用的电压 矢量u (SaSbSc)，其中： 如果Sa= 1，Sb= 0, S。= 0,则k时刻作用的电压矢量记为u JlOO); 如果Sa= 1，Sb= 1，S。= 0,则k时刻作用的电压矢莖记为u 2 (110); 如果Sa= 0, Sb= 1，S。= 0,则k时刻作用的电压矢量记为U3(OIO); 如果Sa= 0, Sb= 1，S。= 1，则k时刻作用的电压矢量记为U4 (011); 如果Sa= 0, Sb= 0, S。= 1，则k时刻作用的电压矢量记为U5(OOI); 如果Sa= 1，Sb= 0，S。= 1，则k时刻作用的电压矢莖记为u 6 (101); 步骤5、根据步骤1采样的永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。和步骤4得到的k时刻 作用的电压矢量u (SaSbSj，选择4个电压矢量构成一个电压矢量集合；其中： 如果k时刻作用的电压矢量是!!"…。），且IibI > |i」，则将电压矢量U5(001)、 U6(IOl) AU1(K)Ohu2(IlO)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是~⑶。），且IibI < |i」，则将电压矢量U6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!2(110)，且IibI > |ia|，则将电压矢量Ul(i00)、 U2(Iio)、U3(Oio)、U4(Oll)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!2(110)，且IibI < |ia|，则将电压矢量U6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!3(〇1〇)，且li」> |ia|，则将电压矢量Ul(i00)、 U2(Iio)、U3(Oio)、U4(Oll)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!3(010)，且|i」< |ia|，则将电压矢量u2(110)、 U3(Oio)、U4(Oll)、U5(OOl)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!4(011)，且IibI > |i」，则将电压矢量u2(110)、 U3(Oio)、U4(Oll)、U5(OOl)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!4(011)，且IibI < |i」，则将电压矢量u3(010)、 U4(Oll)、U5(OOl)、U6(IOl)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!5(001)，且IiaI > |ib|，则将电压矢量U3(010)、 U4(Oll)、U5(OOl)、U6(IOl)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!5(001)，且IiaI < |ib|，则将电压矢量U4(011)、 U5(OOl) W6(IOlhu1(K)O)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!6(101)，且|i」> |ia|，则将电压矢量u4(011)、 U5(OOl) W6(IOlhu1(K)O)构成一个电压矢量集合； 如果k时刻作用的电压矢量是1!6(101)，且|i」< |ia|，则将电压矢量u5(001)、 U6(IOl) AU1(K)Ohu2(IlO)构成一个电压矢量集合； 其中，I ia I表示永磁同步电机的a相电流绝对值，I ib I表示永磁同步电机的b相电流 绝对值，I i。I表示永磁同步电机的C相电流绝对值； 步骤6、根据步骤5得到的电压矢量集合所包含的4个电压矢量计算k+Ι时刻4组电压 udi (k+1)、Uqi (k+Ι)，满足下式：其中，叫1&+1)、1^1〇^1)、531、5^、5。 1的下标1 = 1，2,3,4; 步骤7、根据步骤3得到的电流id(k+l)、iq(k+l)和步骤6得到的4组电压U dl (k+Ι)、 uqi (k+1)，计算4组k+2时刻的电流值idi(k+2)、iqi (k+2)，如下式所示：其中，idl(k+2)、iql(k+2)的下标 i = 1，2,3,4 ; 步骤8、将步骤7计算的4组k+2时刻的电流值idl (k+2)、iql (k+2)带入目标函数J1中， 计算得到4组Ji值；所述的目标函数j i为：其中，idraf为励磁电流指令值，i qraf为转矩电流指令值，Ji的下标i = 1，2,3,4 ; 步骤9、比较步骤8得到的4组1值，确定J廣小值对应的电压矢量u (S aSbS。)，并将其 用于基于两电平逆变器的永磁同步电机控制。
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法，该方法是一种改进的基于两电平逆变器的永磁同步电机模型预测共模电压的抑制方法，属于交流电机驱动控制领域。其特征在于，本发明每个控制周期仅仅采用三个相邻非零电压矢量和一个不相邻非零电压矢量进行优化运算，从而减小了计算量，降低了开关频率。同时，本发明是根据三相电流ia、ib、ic的绝对值大小选择不相邻非零电压矢量的，这可以进一步降低开关损耗。因此，本发明可应用于大功率永磁同步电机驱动控制系统中。
【IPC分类】H02P21/22, H02P21/12
【公开号】CN105356805
【申请号】CN201510724306
【发明人】张兴, 郭磊磊, 杨淑英, 谢震, 曹朋朋, 李浩源
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月28日