技术特征：
1.一种开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、建立永磁电机及其驱动变流系统的数学模型，获取电机的电流、直流母线侧电压值以及逆变器输出电压值；s2、对步骤s1建立的永磁电机的数学模型进行离散化处理，建立旋转坐标系下的离散化定子电流预测模型，并对系统时延进行一步补偿后，预测电机下一时刻的电流值；s3、建立与igbt开关频率等效的开关周期离散化模型，对器件开关动作进行计数，预测开关周期值；s4、根据跟踪电流误差、中点电压偏差值和开关频率跟踪误差建立总代价函数，确定开关状态，输出并控制逆变器开关管的导通和关断。2.根据权利要求1所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s1中建立的永磁电机在旋转坐标系下定子电流模型，表示为：其中，u
d
、u
q
表示dq轴下的定子电压，r
s
表示定子绕组电阻，i
d
、i
q
表示dq轴下的定子电流，l
d
、l
q
表示dq轴下的定子电感，ω
e
表示为永磁电机电角度，ψ
f
表示永磁体磁链。3.根据权利要求2所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s2中对步骤s1建立的永磁电机的数学模型进行离散化处理，建立旋转坐标系下的离散化定子电流预测模型，具体为：采用一阶向前欧拉法对步骤s1建立的永磁电机的数学模型进行离散化处理，建立旋转坐标系下的离散化定子电流预测模型，表示为其中，i
d
(k+1)、i
q
(k+1)表示k+1采样时刻下的dq轴定子电流预测值，i
d
(k)、i
q
(k)表示当前k采样时刻下的dq轴定子电流采样值，u
d
(k)、u
q
(k)表示当前k采样时刻下的dq轴定子电压值，t
s
表示采样周期；所述步骤s2中对系统时延进行一步补偿后，预测电机下一时刻的电流值，具体为：对采样延时和控制延时进行一步补偿，得到k+2采样时刻下的dq轴定子电流预测值，表示为其中，i
d
(k+2)、i
q
(k+2)表示k+2采样时刻下的dq轴定子电流预测值，u
d
(k+1)、u
q
(k+1)表示k+1采样时刻下拟采用的dq轴定子电压值。
4.根据权利要求3所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s3中建立的与igbt开关频率等效的开关周期离散化模型，表示为：其中，c
r
(k+1)、c
f
(k+1)分别表示k+1采样时刻下的门极驱动信号上升沿和下降沿时间所间隔的开关周期值，q
rx
、q
fx
分别表示三相桥臂的上升沿和下降沿的边缘检测系数，x表示逆变器对应的桥臂，x＝(a,b,c)，t表示矩阵转置。5.根据权利要求4所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述上升沿和下降沿的边缘检测系数的计算方式为：述上升沿和下降沿的边缘检测系数的计算方式为：其中，s
x
表示逆变器的三相的输出相电压的归一化数值。6.根据权利要求5所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s4中根据跟踪电流误差、中点电压偏差值和开关频率跟踪误差建立的总代价函数，表示为j＝j
i
+λ
dc
·
j
dc
+λ
c
·
j
c
j
dc
＝(v
c1
(k+1)
‑
v
c2
(k+1))2其中，j表示总代价函数，j
i
表示跟踪电流误差的代价函数，j
dc
表示中点电压偏差值的代价函数，j
c
表示开关频率跟踪误差的代价函数，λ
dc
、λ
c
分别表示中性点电位平衡和开关频率调节的权重因子，分别表示dq坐标系下的定子电流参考跟踪值，v
c1
(k+1)、v
c2
(k+1)表示k+1采样时刻下的直流母线侧上、下电容电压预测值，c
ref
表示参考计数，表示2范数的平方。7.根据权利要求1至6任一所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤s2与步骤s3之间还包括：判断列车采用三电平逆变器或两电平逆变器驱动永磁电机；若列车采用三电平逆变器驱动永磁电机，则建立三电平逆变器直流母线侧电容的离散化预测模型，预测直流母线侧上下电容电压值；若列车采用两电平逆变器驱动永磁电机，则直接执行步骤s3。8.根据权利要求7所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述建立三电平逆变器直流母线侧电容的离散化预测模型，预测直流母线侧上下电容电压值，具体包括：根据三电平逆变器当前的开关状态值和相电流大小，计算流经直流母线上、下电容的
电流值；根据流经直流母线上、下电容的电流值建立三电平逆变器直流母线侧电容的离散化预测模型，预测直流母线侧上下电容电压值。9.根据权利要求8所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述流经直流母线上、下电容的电流值的计算方式为：其中，i
c1
(k)、i
c2
(k)分别表示流经直流母线上、下电容的电流值，i
dc
(k)表示流经直流母线电容的电流值，s
a1
、s
b1
、s
c1
、s
a4
、s
b4
、s
c4
分别表示对应桥臂的对应开关管的开关状态值，i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)分别表示对应桥臂的输出电流值。10.根据权利要求9所述的开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，其特征在于，所述三电平逆变器母线侧电容的离散化预测模型表示为：其中，v
c1
(k)和v
c2
(k)分别表示当前k采样时刻的直流母线侧上、下电容电压值，v
c1
(k+1)和v
c2
(k+1)分别表示k+1采样时刻的直流母线侧上、下电容电压预测值，c表示直流链电容的容值。
技术总结
本发明公开了一种开关频率固定的永磁电机模型预测控制方法，包括建立永磁电机及其驱动变流系统的数学模型，获取电机的电流、直流母线侧电压值以及逆变器输出电压值；建立旋转坐标系下的离散化定子电流预测模型，并对系统时延进行一步补偿后，预测电机下一时刻的电流值；建立与IGBT开关频率等效的开关周期离散化模型，对器件开关动作进行计数，预测开关周期值；建立总代价函数，确定开关状态，输出并控制逆变器开关管的导通和关断。本发明不使用调制生成开关信号，控制结构简单，运算负荷低，同时实现了开关频率恒定和中性点电位平衡的效果，控制效果可以达到全局最优，使得永磁电机在运行时能够同时具有低转矩脉动和高动态响应。行时能够同时具有低转矩脉动和高动态响应。行时能够同时具有低转矩脉动和高动态响应。
技术研发人员：徐帅 马光同 孙振耀 任冠州 姚春醒 张晗
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2021/12/10