基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，包括如下步骤：对电机逆变器的开关管状态进行组合得到八组开关矢量信号；在当前时刻k，在每一组逆变器开关矢量信号下，预测下一时刻k+1的p相绕组电流得到d轴和q轴的电流预测值idk+1和iqk+1；预测下一时刻k+1的电机转矩和电机磁链计算成本函数</maths>得到成本函数最小时的逆变器开关矢量信号；定义根据m的值，控制单个采样周期内成本函数最小时的逆变器开关矢量信号的有效作用时间，完成对开关磁链永磁同步电机的转矩控制。该方法能精确控制逆变器开关矢量变化，使电机转矩波动和磁链波动最小，且通过占空比调节逆变器开关的有效作用时间，从而能有效降低逆变器的开关频率。
【专利说明】基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于开关磁链永磁同步电机【技术领域】，更具体地，涉及一种基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法。
【背景技术】
[0002]开关磁链永磁同步电机(Flux-SwitchingPermanent Magnet SynchronousMachine, FSPMSM)最早的设计思想来自Rauch等人对单相双凸极永磁发电机的研究。由于当时永磁材料性能达不到合理要求，导致上述原型电机本体较大，性能指标较差，因此在当时并没有受到关注。随着科学技术的发展，永磁材料的性能得到了极大提高，这为FSPMSM的性能提高奠定了良好基础。随着Hoang等人提出12/10 (定子/转子)极三相FSPMSM，并初步仿真论证了 FSPMSM具有很好的机械特性、高转矩密度等优点。随后FSPMSM的各种结构形式在国内外得到广泛研究。
[0003]在最初的4/2 (定子/转子)极、4/6极单相永磁开关磁链电机被Rauch等人提出以来，6/4极、6/5极新型三相永磁开关磁链电机结构也由W.Z.Fei提出。相关学者对该类电机拓扑的运行原理，数学模型进行了有限元分析，并对其结构进行了深入的电磁优化设计，最后进行样机试验验证。通过研究发现，该类型电机存在很大的齿槽转矩以及其反电势含有很高的偶次谐波，对电机运行带来一定的危害。近年来，偶次谐波和转矩脉动可以通过转子斜槽优化得到改善，但是该措施会一定程度降低反电势幅值，进而减小电机力矩等。随着研究的不断深入，12/10极结构的永磁开关磁链电机由Emmanuel Hoang等人提出，该结构不仅容易散热，而且具有良好的容错性和较高的弱磁能力。同时，新型开关磁链永磁电机结构近年来不断被提出，新的电磁优化方法也不断得到发展(W.Xu, J.Zhu, Y.Zhang, andJ.Hu,“Cogging t orque reduction for radially laminated flux-switching permanentmagnet machine withl2/14poles,，，in Proc.1EEE Industrial Electronics Society (IECON), Nov.2011, pp.3465-3470.)。然而，迄今为止，与开关磁链永磁同步电机相关的控制方法还鲜有人研究。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，能精确控制逆变器开关矢量变化，使电机转矩波动和磁链波动最小，且通过占空比调节逆变器开关的有效作用时间，从而能有效降低逆变器的开
关频率。
[0005]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0006](I)对电机逆变器的开关管状态进行组合，得到八组逆变器开关矢量信号；
[0007](2)在当前时刻k，分别在每一组逆变器开关矢量信号下，采集开关磁链永磁同步
电机的P相绕组电压4、P相绕组电流?和转子角速度ωρ预测下一时刻k+Ι的ρ相绕组电流f ,其中，P表示电机A、B和C相；
[0008](3)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，根据下一时刻k+1的P相绕组电流，结合定转子绕组坐标变换原理，得到下一时刻k+ι的d轴和q轴的电流预测值idk+1和iqk+1 ；
[0009](4)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，由下一时刻k+Ι的ρ相绕组电流、
d轴电流预测值idk+1和q轴电流预测值iqk+1，预测下一时刻k+Ι的电机转矩和电机磁链Ψk+1s;
[0010](5)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，计算成本函数
【权利要求】
1.一种基于模型预测的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对电机逆变器的开关管状态进行组合，得到八组逆变器开关矢量信号； (2)在当前时刻k，分别在每一组逆变器开关矢量信号下，采集开关磁链永磁同步电机的P相绕组电压<、P相绕组电流<;和转子角速度ωρ预测下一时刻k+Ι的P相绕组电流ξ11，其中，P表示电机A、B和C相； (3)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，根据下一时刻k+Ι的P相绕组电流if,结合定转子绕组坐标变换原理，得到下一时刻k+Ι的d轴和q轴的电流预测值idk+1和iqk+1 ； (4)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，由下一时刻k+Ι的P相绕组电流(6,"、d轴电流预测值idk+1和q轴电流预测值1:1，预测下一时刻k+Ι的电机转矩C'和电机磁链ψΜ ； (5)分别在每一组逆变器开关矢量信号下，计算成本函数
2.如权利要求1所述的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(6)的具体实现方式为:定义当前采样周期内电压矢量的有效作用时间与采样周期的比值为ramp,其中,O ( ramp < I ;当m < ramp时,逆变器开关不动作,输出零电压矢量；当m>ramp时，将成本函数最小时的逆变器开关矢量信号作为逆变器开关的驱动信号，实时控制逆变器开关管的通断，完成对开关磁链永磁同步电机的转矩控制。
3.如权利要求1或2所述的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，下一时刻k+Ι的P相绕组电流if为:
4.如权利要求3所述的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，下一时刻k+Ι的d轴和q轴的电流预测值idk+1和iqk+1分别为:
5.如权利要求1至4中任一项所述的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，下一时刻k+Ι的电机转矩
6.如权利要求1至5中任一项所述的开关磁链永磁同步电机的转矩控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中，1:4+#和^+￥的表达式分别为:
【文档编号】H02P21/14GK103762926SQ201410027066
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】徐伟 申请人:华中科技大学