1.一种可变开关点的无权重因子永磁同步电机有限集多步模型预测转矩控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1,建立系统数学模型,并采用前向欧拉法获得离散化模型;
永磁同步电机d-q旋转坐标系下的数学模型为:
式中:us=[ud uq]T为定子d、q轴电压;is=[id iq]T为定子d、q轴电流;ψs=[ψdψq]T为定子d、q轴磁链;ψr=[ψf 0]T为转子d、q轴磁链; Ls表贴式永磁同步电机中的定子电感,Ls=Ld=Lq;Rs为定子电阻;ωre为电角速度;ψf为永磁体磁通;
电机的磁链方程为:
电机的转矩方程为:
式中:式中:Te为电磁转矩;p为极对数;
将磁链方程代入转矩方程中,将方程改写如下形式,
电机的机械运动方程表示形式如下,
式中:J为转动惯量;p为极对数;B为摩擦系数;TL为负载转矩;
由电压方程得到永磁同步电机d-q旋转坐标系下的磁链状态方程,表达形式如下,采用前向欧拉法获得磁场的微分形式 表示形式如下,式中:ud(k),uq(k)分别为当前时刻为定子d、q轴电压;id(k),iq(k)分别为当前时刻为定子d、q轴电流;ψd(k+1)、ψq(k+1)为(k+1)时刻d、q轴磁链;Ts为采样周期;
同样得到电流离散化形式如下,
式中:id(k+1),iq(k+1)分别为(k+1)时刻为定子d、q轴电流;
因此电磁转矩方程表示为:
式中:Te(k+1)为(k+1)时刻电磁转矩;
步骤2,设计可变开关点的有限集预测控制器;
步骤3,设计模型预测转矩控制的成本函数,并消除权重因子;
步骤4,选取使成本函数在一个周期里最小和次最小时的磁链和转矩预测值,并计算可变开关节点的开关切换时刻;
步骤5,设计可变开关节点的多步模型预测转矩控制器。
2.如权利要求1所述的一种可变开关点的无权重因子永磁同步电机有限集多步模型预测转矩控制方法,其特征在于,设计了可变开节点的预测磁链、转矩模型控制器,使开关频率降低为原来的一半,过程如下,第一个时间段里,预测磁链模型表示形式如下,
第二个时间段里,在τ时刻施加新的开关状态,预测磁链模型表示形式如下,式中:ψd(k+2),ψq(k+2)分别为(k+2)时刻d、q轴磁链;uqi(0,1...6)为有限集预测转矩控制的备选矢量集合;
定子磁链矢量值由d、q轴磁链分量合成得到,表示形式如下,预测函数分两段进行,所以必须在两个时间点分别计算电磁转矩和定子磁链,表示形式如下,
3.如权利要求1或2所述的一种可变开关点的无权重因子永磁同步电机有限集多步模型预测转矩控制方法,其特征在于,设计模型预测转矩控制的新型成本函数,并消除了权重因子,过程如下,将预测模型得到的电磁转矩和定子磁链带入成本函数,表示形式为,式中:Te*、ψs*分别为给定电磁转矩、给定定子磁链;
由于成本函数中的电磁转矩和定子磁场并非统一量度,所以传统的成本函数需要权重因子,将电磁转矩误差值和定子磁链误差值进行单位化,继而设计了一种无权重因子的可变开关点预测转矩控制成本函数,表示形式如下,由成本函数计算得到一个周期内的最优输出电压矢量uout_min1和次最优输出电压矢量uout_min2,最终由多步预测法则函数选择出其一作用于逆变器,形式如下,
4.如权利要求3所述的一种可变开关点的无权重因子永磁同步电机有限集多步模型预测转矩控制方法,其特征在于,计算可变开关节点的开关切换时刻,过程如下,为了使计算简单,假设电磁转矩在施加新的开关状态时呈线性变化,将扭矩假定为与时间t线性变化的,表示形式如下,Te(k+2)≈Te(k+1)+kpt (21)式中:kp为斜率,t为时间;
将一个持续的采样周期分为两段:在第一个时间区间[k+1,k+τ+1)里保持上个周期的开关状态S1;在第二个时间区间[k+τ+1,k+2]里应用新的开关状态S2,并最终在采样周期结束时电磁转矩等于给定转矩,Te(k+2)=Te* (22)
假设每个开关状态都会对应一定的电磁转矩斜率,得到每个电压矢量对应的转矩斜率kpi,表示形式如下,在一个周期Ts里,分别把两个时间段的电磁转矩线性变化表示为,Te(k+τ+1)=Te(k+1)+kp1τ (24)Te(k+2)=Te(k+τ+1)+kp2(Ts-τ)=Te* (25)计算出可变开关时间节点方程式为:
5.如权利要求4所述的一种可变开关点的无权重因子永磁同步电机有限集多步模型预测转矩控制方法,其特征在于,设计了变开关节点的多步模型预测转矩控制器,过程如下,分别通过预测磁链、预测转矩模型计算有限集合uqi(0,1...6)中的所有备选矢量作用下的(k+3)时刻电磁转矩、定子磁链预测值,将预测模型表示为:在第一步预测的最优电压矢量uout_min1作用下进一步计算第二步预测,表示形式如下,同样,在第一步预测的次最优电压矢量uout_min2作用下进一步计算第二步预测,表示形式如下,根据式(35)选择最终的输出电压矢量uout,并作用于逆变器最终的选择函数表示形式为,