一种用于DTC预测控制的磁链计算简化方法与流程

本发明属于转矩控制领域，具体涉及一种用于dtc预测控制的磁链计算简化方法。

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。

传统开关表实现的永磁同步电机直接转矩控制系统中，电压矢量在一个采样周期内持续施加，会出现实际转矩或磁链的增减超出预期要求，从而造成超调脉动。

为了解决此类问题，引入预测控制，从而实现更加精确的控制效果。但预测控制的引入，相比传统dtc中查表控制，新增了对定子磁链、负载角及电磁转矩的实时计算，增加了控制系统的处理负担，削弱了快速的动态响应性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于dtc预测控制的磁链计算简化方法，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。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，基于dtc预测控制的永磁同步电机直接转矩控制系统在选择相应的区间后，通过dtc预测控制使评价函数最小选择区间内的电压矢量角度，之后通过空间矢量调制来合成所需的电压矢量，利用合成的电压矢量写出定子磁链公式；

步骤二，根据电压矢量对磁链作用，并结合dtc预测控制，得到某一时刻k以及对应下一时刻k+1的表达式，根据某一时刻k以及对应下一时刻k+1的表达式对定子磁链公式进行简化；

步骤三，将简化后的定子磁链公式与步骤一中得出的定子磁链公式进行对比，并求得误差，分析静动态性能变化后，即得到磁链计算的简化方法。

步骤二中，忽略定子电阻压降，施加电压矢量过后，定子磁链在与其成任意夹角α的电压矢量作用一段时间δt后，定子磁链的幅值与当前时刻各值的关系如式(1)所示，由余弦定理得到，施加电压矢量过后，是关于α变化的函数；

定义q如公式2所示:

将式公式2代入至公式1得到

由公式3得到k+1时刻与k时刻中与的关系，其中为当前k时刻的值，为预测的k+1时刻的值，

步骤二中，对定子磁链公式进行简化如下所示：

步骤三中，将简化后的定子磁链公式与步骤一中得出的定子磁链公式进行对比，求得磁链的相对误差如下

磁链的绝对误差如下：

步骤三中，分析静动态性能变化后，验证方案可行性；

验证方案可行性的具体方法如下：

通过公式和公式

及表面式永磁同步电机转矩方程得到k+1时刻转矩的预测值为：

通过公式和公式及表面式永磁同步电机转矩方程得到k+1时刻转矩的预测值为：

当0＜q＜0.01和0°＜α＜360°，即能够验证方案中相对误差和绝对误差是否符合要求。

与现有技术相比，本发明首先通过dtc预测控制使评价函数最小选择区间内的电压矢量角度，之后通过空间矢量调制来合成所需的电压矢量，利用合成的电压矢量写出定子磁链公式，再根据电压矢量对磁链作用，对定子磁链公式进行简化，最后去掉误差，本发明最后的得到的计算方法能够简化现有的计算方法，输入到硬件运行时，运算次数有明显减少，从而运行时间降低。

附图说明

图1是基于本发明的永磁同步电机直接转矩控制的原理框图；

图2是本发明的原理框图；

图3是本发明中任意电压矢量作用时间δt后定子磁链变化图；

图4是本发明中相对误差随q变化图；

图5是本发明中相对误差随α变化图；

图6是本发明中相对误差随q和α的变化图；

图7是本发明中绝对误差随α的变化图；

图8是本发明中绝对误差随q的变化图；

图9是磁链未经简化时预测控制转矩图；

图10是磁链简化后预测控制转矩图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，基于预测控制的永磁同步电机直接转矩控制系统在选择相应的区间后，通过预测控制使评价函数最小选择区间内的电压矢量角度，之后通过空间矢量调制来合成所需的电压矢量。

参见图2，首先根据区间表选择相应的区间；其次，基于预测控制在区间内可变的电压矢量角度中选择使评价函数最小的电压矢量角度；最后，通过空间矢量调制技术合成所需电压矢量。

根据附图的思路首先是要找到合成的电压矢量，然后再利用合成的电压矢量写出传统的定子磁链公式。步骤如下：

步骤一中，任意角度的电压矢量定子磁链在与其成任意夹角α的作用一段很小的时间δt之后的变化,结合余弦定理得到δt时间后，定子磁链的幅值与当前时刻各值的关系如式(1)所示，得到是关于β变化的函数。

这里定义q如式2所示:

将式(2)代入至式(1)得到式3如下：

忽略转子磁链角度的变化，定子磁链与转子磁链的夹角为转矩角δ，转矩角δ的变化即为定子磁链角度的变化，施加电压矢量经过δt时间后，转矩角δ的变化如式(4):

参见图3所示，则由式(4)和式(5)得到k+1时刻与k时刻的，与的关系以及δ′(k+1)与δ(k)的关系，其中和δ(k)为当前k时刻的值，和δ(k+1)为预测的k+1时刻的值。

步骤二，定义简化定子磁链幅值表达式如下所示。

步骤三中，定义式(9)和式(10)的为磁链的绝对和相对误差。

定子磁链绝对误差表达式如下所示。

则由式(6)和式(7)及表面式永磁同步电机转矩方程得到k+1时刻转矩的预测值为：、

则由式(7)和式(8)及表面式永磁同步电机转矩方程得到k+1时刻转矩的预测值为：

当0＜q＜0.01和0°＜α＜360°，绝对误差随q和α变化如图7、8所示。相对误差随q和α变化如图4、5、6所示。

由磁链的绝对误差对比图和相对误差对比图可知：

1、成立。

2、两者之间的误差率最大为0.05％。

3、q越大，误差率越大。

4、误差率与α呈非线性关系。

图9和图10分别是给定相同条件下，磁链未简化及磁链简化后的预测控制转矩响应图，两者的转矩脉动值分别为0.3107n·m和0.3120n·m。

因此，能够在预测控制中近似使用取代