双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法

本发明属于计算机应用，涉及一种双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法。

背景技术：

1、双三相永磁同步电机(dual three-phase permanent magnet synchronousmotor，dtp-pmsm)因其高功率密度，高容错性，低转矩脉动，低母线电压的特性，在大型工程机械，船舶，航天以及热门的电动汽车、电动摩托等领域被广泛应用。而电流环动态性能是电驱系统性能的重要衡量指标。相比与传统pi，模型预测控制(model predictivecontrol，mpc)更具有竞争力。mpc基于电机的数学模型直接输出最优电压矢量，控制方式简单、直观，具有更高动态响应性能。dtp-pmsm有三个矢量映射平面(αβ、xy、0102)，每个平面有64根电压矢量。常规的全电压矢量遍历最优矢量的mpc算法计算规模极大，无法实际应用。应用较广的虚拟矢量算法以xy谐波平面0电压为约束合成中间矢量，只需遍历αβ转矩平面的矢量，虽降低了遍历最优矢量所需的计算量，但谐波电流却无法闭环控制。本发明所提算法旨以较小计算量实现全电流闭环控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法，该方法包括以下步骤：

3、s1：矢量寻优

4、dtp-pmsm的定子绕组看作两套相移30°的独立三相绕组，两套绕组共同运行时的矢量即组合成了dtp-pmsm的全矢量；遍历两套三相绕组的独立运行的基本电压矢量，实现dtp-pmsm全矢量等效遍历；abc绕组运行，def断开时，电压矢量是编号低位为0(7)的矢量，以vabc表示；vabc由abc绕组的开关状态决定，运行状态下αβ和xy轴分量的关系为：

5、

6、其中vα(abc)、vβ(abc)分别是vabc在αβ轴的分量，vx(abc)、vy(abc)是vabc在xy轴的分量；类似的，得到只有def绕组投入运行时高位为0(7)的基本矢量vdef，其αβ和xy轴分量满足：

7、

8、其中vα(def)、vβ(def)分别是vdef在αβ轴的分量，vx(def)、vy(def)是vdef在xy轴的分量；设当前时刻αβ平面的参考矢量是vαβ；按照矢量合成就近原则，vabc选择矢量40(47)和60(67)合成中间矢量v1；vdef选择矢量04(74)和06(76)合成中间矢量v2；再基于等式(1)和式(2)，推理出v1、v2在xy平面的投影v1’和v2’，最后根据矢量合成原则，合成xy平面的参考矢量vxy；vabc和vdef在αβ平面的投影和xy平面的投影分别关于水平镜像对称和垂直镜像对称，推导出两平面参考矢量的表达式：

9、

10、vαβ和vxy’分别是以v1和v2为边的平行四边形的长对角线和短对角线，其在α、β轴和x、y轴的分量分别是vα、vβ和vx、vy，对应的几何关系的表达式为(4)前两式，park变换后的在dq轴的表达式为(4)后两式：

11、

12、vdq*、vdqxy’分别是vαβ和vxy’在dq轴的分量；基于(4)，实际遍历备选矢量时应追加一个分量vdqxy’/2，vabc是负分量vdqxy’/2，而vdef是正分量vdqxy’/2；以弥补谐波平面参考电压的导致的基波平面电压偏移；将跟踪xy轴电流所需的电压矢量而引起的偏移量纳入考虑，得到修正后的预测电流计算式(5)：

13、

14、其中id(k)、iq(k)和id(k+1)、iq(k+1)分别是在当前时刻的真实dq轴电流以及下一时刻的dq轴预测电流；ld、lq分别是电机dq轴电感；ed、eq分别是dq轴反电动势；vd、vq分别是dq轴备选电压矢量；ts是计算周期；对vabc进行寻优时，取-v’dqxy，对vdef进行寻优时，则取+v’dqxy；

15、s2：简化代价函数

16、xy平面的预测电流不含反电动势项压降，即等式(5)，lz远远小于ld、lq；设ix(k)和iy(k)为0，下一周期ix(k+1)和iy(k+1)最大达到vts/lz；k+1时刻实际跟上的电流为k时刻参考电流，vx、vy被简化为式(6)：

17、

18、lz是电机漏感，ix*、iy*分别是指令电流，vx、vy是xy轴的参考电压，ix(k)、iy(k)分别是在当前时刻的真实xy轴电流找出vabc的最优、次优矢量v11、v12以及vdef中的最优、次优矢量v21、v22后还需计算各矢量的作用时间；为平衡两套绕组铜耗，将指令电流idq均分至abc及def绕组得到衡量作用时间的代价函数：

19、

20、其中，id*、iq*分别是d、q轴的指令电流，t1、t2以及t0分别是最优、次优矢量以及0矢量的作用时间；id1(k+1)、id2(k+1)、id0(k+1)、iq1(k+1)、iq2(k+1)、iq0(k+1)分别是最优、次优矢量以及0矢量单独作用ts周期的电流增量。

21、基于所提mpc算法，本发明一方面以矢量数量更少的vabc和vdef为备选矢量，另一方面利用vα、vβ和vx、vy，对应的几何关系将代价函数(7)中的代价函数js2简化成只含有dq轴电流项，这极大地降低了代价函数的计算量。

22、本发明的有益效果在于：通过对伺服永磁电驱系统的电压基本矢量进行重新建模，并结合电驱系统的自由度约束，提出了一种平衡算力和全电流控制的方法。基于该方法，可以对电机转矩进行精准控制的同时实现谐波电流对指令的实时跟随。应用所提算法能够抑制谐波电流，提升电驱系统的运行效率。另一方面，若通过该算法向谐波平面注入谐波可辅助实现电机的参数辨识以及无位置传感等功能。

23、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种双三相永磁同步电机低计算时间的模型预测控制方法，属于计算机应用技术领域。通过对伺服永磁电驱系统的电压基本矢量进行重新建模，并结合电驱系统的自由度约束，提出了一种平衡算力和全电流控制的方法。基于该方法，可以对电机转矩进行精准控制的同时实现谐波电流对指令的实时跟随。应用所提算法能够抑制谐波电流，提升电驱系统的运行效率。另一方面，若通过该算法向谐波平面注入谐波可辅助实现电机的参数辨识以及无位置传感等功能。

技术研发人员：李辉,周豪,向学位,姚然
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27