专利汇可以提供基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了基于新型扩展矢量的永磁同步 电机 模型预测磁链控制,包括:建立了永磁同步电机离散化的数学模型,阐述了传统有限集模型预测控制通过穷举法得到最优 电压 矢量的方案;说明了增加虚拟矢量的具体方法,并对于扩展矢量计算负担较大的问题,本发明采用了磁链误差矢量 位置 判断的方法,有效的减少了代价函数穷举的次数,方便 算法 的实现;本发明提出了一种新的占空比求解方法,可以很方便的求出有效电压矢量在一个 采样 周期的作用时间,使 定子 磁链矢量可以更好地跟随给定值;因为本发明的有效电压矢量根据最优 跟踪 效果不再作用整个采样周期,而是选择最优作用时间,在相同的 开关 频率 下可以有效地降低转矩的稳态 波动 。,下面是基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制专利的具体信息内容。
1.基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于,包括:
建立了永磁同步电机离散化的数学模型,阐述了传统有限集模型预测控制通过穷举法得到最优电压矢量的方案;
说明了增加虚拟矢量的具体方法,并对于扩展矢量计算负担较大的问题,本发明采用了磁链误差矢量位置判断的方法,有效的减少了代价函数穷举的次数,方便算法的实现;
针对传统扩展矢量模型预测控制稳态波动仍比较大的问题,本发明提出了一种新的占空比求解方法,基于定子磁链误差矢量和电压矢量作用一个采样周期定子磁链的增量,同时考虑两者幅值的比值,可以得到电压矢量在一个采样周期的作用时间,使得磁链可以更好的跟随给定值,降低转矩的稳态波动;
为进一步提升扩展矢量预测控制的动态性能,本发明提出了一种混合控制方案,根据代价函数的优化结果可判断电机处于动态还是稳态,可以直接转矩控制具有良好的动态快速性能,且可以在电机处于动态时使用直接转矩控制策略改善动态性能。
2.根据权利要求1所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:所述永磁同步电机数学模型:
在两相静止坐标系下建立永磁同步电机的数学模型,定子磁链与电压的关系可表示为:
ψs=Lsis+ψr
式中,ψs和ψr分别为定子磁链和转子磁链;Rs和Ls分别为定子电阻和定子电感;us和is分别为定子电压和定子电流;
电磁转矩Te表达式为:
式中,p表示电机的极对数;
定子磁链与转子磁链之间的角度θes表示:
式中,ψs和ψr表示定子磁链的幅值和转子磁链的幅值。
预测模型中定子磁链的给定值ψs,ref的表达式为:
ψs,ref=ψs,ref·e(θes+θe+2ωeTs)
式中,θe为转子磁链的实际位置;Ts表示系统的控制周期;ωe表示定子磁链的转速。
3.根据权利要求2所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:在忽略定子电阻的情况下,采用一阶欧拉公式对公式(1)进行离散化处理可以得到磁链的预测模型:
ψs(k+2)=ψs(k)+ui(k+1)Ts+uopt(k)Ts
式中,ui(k+1)表示不同开关状态对应的电压矢量,包括u1···u6六个有效矢量,以及u0和u7两个零矢量;k表示当前采样时刻;uopt(k)表示在k时刻作用的最优电压矢量;ψs(k)表示当前时刻定子磁链的实际值。
4.根据权利要求2所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:所述扩展矢量模型预测控制:
有限集模型预测磁链控制利用8个电压矢量对定子磁链矢量进行控制,首先构建式(6)所示的代价函数,然后选择使代价函数取最小值的电压矢量作为输出:
g=(ψsα,ref-ψsα(k+2))+(ψsβ,ref-ψsβ(k+2))
式中,ψsα,ref和ψsβ,ref分别表示磁链在α、β轴的给定值。
5.根据权利要求1所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:对于传统的有限集模型预测磁链控制,逆变器只能在采样点时刻改变开关状态,磁链的实际值不能有效跟随实际值,导致转矩稳态波动比较大。扩展矢量模型预测控制指在每一个扇区增加虚拟矢量,图1中虚拟矢量的表达式为:
VI1=(3/4)*V1+(1/4)*V2
VI2=(2/4)*V1+(2/4)*V2
VI3=(1/4)*V1+(3/4)*V2
6.根据权利要求5所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:在每一个扇区增加虚拟矢量后,会增大控制系统的计算负担,如在每个扇区增加3个虚拟矢量,需要把每个电压矢量带入代价函数中穷举24次,对硬件的要求较高,首先判断磁链矢量的误差矢量ψs,err的位置,磁链误差矢量为当前时刻磁链矢量的给定值与实际值之间的误差:
ψs,err=ψs,ref-ψs
7.根据权利要求5所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:所述扩展矢量模型预测控制:稳态性能上,在采样周期内插入零矢量,保证有效电压矢量的作用时间使得定子磁链的给定值与实际值之间的误差最小;当电机处于动态时,权利要求4中的优化结果是一个较大的值,因此可以根据代价函数的优化结果判断电机运行在稳态还是暂态,由于直接转矩控制具有良好的动态性能,当电机处于动态时,可以使用直接转矩的控制策略以提升电机的动态性能。
8.根据权利要求1所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:为进一步提升扩展矢量的稳态性能,图3中ψs,err表示定子磁链的误差矢量,VI2Ts表示电压矢量作用一个采样周期的定子磁链增量,g1表示磁链误差的幅值,g2表示磁链增量的幅值,同时g1、g2的比值表示为:
Td=g1/g2
在采样周期作用一个基本电压矢量或者扩展的虚拟电压矢量,同时在采样周期插入零矢量,可以降低稳态转矩波动,改善电机的控制性能,电压矢量的作用时间Topt表示为:
Topt=Td*Ts
9.根据权利要求8所述的基于新型扩展矢量的永磁同步电机模型预测磁链控制,其特征在于:新型扩展矢量模型预测控制稳态控制策略主要分为以下几个步骤:
S1:根据权利要求6中确定磁链误差矢量的位置和幅值,同时确定误差矢量所在的扇区;
S2:基于扇区确定两个基本电压矢量和3个虚拟电压矢量,进而确定电压矢量作用一个采样周期磁链的增量:ψs,inc=uiTs,式中ui表示5个电压矢量;
S3:考虑到延时补偿,在当前采样时刻磁链矢量的预测值表示为:
ψs,pre=ψs(k)+uopt(k)topt(k)+ψs,inc
式中,uopt(k)表示在kTs(k)时刻作用的电压矢量,Topt(k)为电压矢量的作用时间;
S4:代入到如式(12)所示的代价函数中,得到最优电压矢量及其作用时间,并在下一个采样时刻作为输出:
g=(ψsα,ref-ψsα(k+2))+(ψsβ,ref-ψsβ(k+2))
式中,ψsα,pre表示磁链矢量预测值在α轴的分量,ψsβ,pre表示磁链矢量预测值在β轴的分量。
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