基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电机调控技术领域，特别涉及基于模型预测控制的三相感应电机 直接转矩控制系统。
【背景技术】
[0002] 三相感应电机具有结构简单、制造成本低等优点，在很多领域尤其是工业生产中 得到了广泛应用。然而，传统的直接转矩控制方式中速度调节器大多采用PI调节器，其设 计依赖于精确的对象参数，抗干扰能力不佳，导致稳态输出转矩脉动较大，存在很多谐波， 对三相感应电机会造成很大损害。 【实用新型内容】
[0003] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本实用新型旨在提供基于模型预测控制 的三相感应电机直接转矩控制系统，采用模型预测控制与模型预测速度调节器，能够有效 抑制三相感应电机稳态转矩脉动，且抗干扰性能佳。
[0004] 为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
[0005] 基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，包括模型预测控制器、模 型预测速度调节器、第一~第三比较器、电流电压检测模块、3/2变换模块、定子磁链和转矩 观测器、转速采集模块、逆变器和三相感应电机，逆变器的输出端、转速采集模块的输入端 和电流电压检测模块的输入端分别连接三相感应电机，转速采集模块的输出端连接第一比 较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输出端连接模 型预测速度调节器的输入端，模型预测调节器的输出端连接第二比较器的正输入端，电流 电压检测模块的输出端经3/2变换模块与定子磁链和转矩观测器的输入端连接，第二比较 器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接定子磁链和转矩观测器的输出端，第三比 较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出端以及定子 磁链和转矩观测器的输出端分别连接模型预测控制器的输入端，模型预测控制器的输出端 连接逆变器。
[0006] 其中，上述模型预测控制器、模型预测速度调节器、第一~第三比较器、3/2变换模 块、定子磁链和转矩观测器集成在一片DSP处理器上。
[0007] 其中，上述DSP处理器的型号为DSP28335。
[0008] 其中，上述转速采集模块采用光电式转速传感器。
[0009] 其中，上述逆变器为三相全桥逆变器。
[0010] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0011] 与传统PI调节器相比，本实用新型采用模型预测控制器和模型预测速度调节器， 通过滚动优化确定最优控制策略，能够有效抑制稳态转矩脉动，且抗干扰性能佳。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型的系统结构框图。
【具体实施方式】
[0013] 以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0014] 如图1所示本实用新型的系统结构框图，基于模型预测控制的三相感应电机直接 转矩控制系统，包括模型预测控制器、模型预测速度调节器、第一~第三比较器、电流电压 检测模块、3/2变换模块、定子磁链和转矩观测器、转速采集模块、逆变器和三相感应电机， 逆变器的输出端、转速采集模块的输入端和电流电压检测模块的输入端分别连接三相感应 电机，转速米集模块的输出端连接第一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给 定转速信号，第一比较器的输出端连接模型预测速度调节器的输入端，模型预测调节器的 输出端连接第二比较器的正输入端，电流电压检测模块的输出端经3/2变换模块与定子磁 链和转矩观测器的输入端连接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接 定子磁链和转矩观测器的输出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器 的输出端、第三比较器的输出端以及定子磁链和转矩观测器的输出端分别连接模型预测控 制器的输入端，模型预测控制器的输出端连接逆变器。
[0015] 在本实施例中，模型预测控制器、模型预测速度调节器、第一~第三比较器、3/2变 换模块、定子磁链和转矩观测器集成在一片DSP处理器上。DSP处理器的型号为DSP28335。
[0016] 电流电压检测模块采集三相感应电机的定子电流、电压信号并送给3/2变换模 块，3/2变换模块将电子电流、电压信号进行坐标变换，将电流、电压信号从三相a/b/c坐标 系转换至两相静止坐标系，3/2变换模块转换矩阵为：
[0020] 将转换后的定子电流、电压信号送给定子磁链和转矩观测器，定子磁链和转矩观 测器计算得到实际定子磁链和转矩：
[0023] 其中，Rs为定子阻抗，η p为极对数。
[0024] 将得到的定子磁链送给第三比较器与给定磁链;^进行比较，比较结果Φ 送给模 型预测控制器。转速采集模块采集三相感应电机的转速并送给第一比较器与给定转速进行 比较，并将比较结果输入模型预测速度调节器。模型预测速度调节器的预测模型为：
[0025] T*(k) = aT*(k-l)+bT*(k_2)+cA ω
[0026] 其中，f为给定转矩，a，b，c为常量系数，Δ ω为实际转速与给定转速的转速差。 模型预测速度调节器与定子磁链和转矩观测器的分别将给定转矩和实际转矩送给第二比 较器进行比较，比较结果TJt给模型预测控制器。定子磁链和转矩观测器根据计算出的定 子磁链计算磁链角度Θ:
[0028] 并将磁链角度Θ输入模型预测控制器。模型预测控制器对输入的数据进行处理， 最终得到逆变器控制信号，逆变器根据该控制信号输出驱动信号，驱动三相感应电机。模型 预测控制器计算评价性能指标』
（λ为0到1之间的小数），g值越小 则性能最优，选择性能最优所对应的转矩和磁链来控制逆变器的状态。
[0029] 以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范 围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实 用新型保护范围之内。
【主权项】
1. 基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征在于：包括模型预测 控制器、模型预测速度调节器、第一~第三比较器、电流电压检测模块、3/2变换模块、定子 磁链和转矩观测器、转速采集模块、逆变器和三相感应电机，逆变器的输出端、转速采集模 块的输入端和电流电压检测模块的输入端分别连接三相感应电机，转速采集模块的输出端 连接第一比较器的负输入端，第一比较器的正输入端输入给定转速信号，第一比较器的输 出端连接模型预测速度调节器的输入端，模型预测调节器的输出端连接第二比较器的正输 入端，电流电压检测模块的输出端经3/2变换模块与定子磁链和转矩观测器的输入端连 接，第二比较器的负输入端和第三比较器的负输入端分别连接定子磁链和转矩观测器的输 出端，第三比较器的正输入端输入给定磁链信号，第二比较器的输出端、第三比较器的输出 端以及定子磁链和转矩观测器的输出端分别连接模型预测控制器的输入端，模型预测控制 器的输出端连接逆变器。2. 根据权利要求1所述基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征 在于：所述模型预测控制器、模型预测速度调节器、第一~第三比较器、3/2变换模块、定子 磁链和转矩观测器集成在一片DSP处理器上。3. 根据权利要求2所述基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征 在于：所述DSP处理器的型号为DSP28335。4. 根据权利要求1所述基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征 在于：所述转速采集模块采用光电式转速传感器。5. 根据权利要求1所述基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，其特征 在于：所述逆变器为三相全桥逆变器。
【专利摘要】本实用新型公开了基于模型预测控制的三相感应电机直接转矩控制系统，包括模型预测控制器、模型预测速度调节器、第一～第三比较器、电流电压检测模块、3/2变换模块、定子磁链和转矩观测器、转速采集模块、逆变器和三相感应电机。本实用新型采用模型预测控制器和模型预测速度调节器，能够有效抑制稳态转矩脉动，且抗干扰性能佳。
【IPC分类】H02P21/13
【公开号】CN204810188
【申请号】CN201520571766
【发明人】余莉, 谢红飞, 刘合祥, 刘晓青, 芮元栋, 孙加伟
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月31日