基于模型預測的雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙凸極永磁同步電機的新型模型直接轉矩預測控制方法，具體為：采集雙凸極永磁同步電機的定子電流和轉子角速度；分別在八組逆變器開關矢量信號下，結合定子電流和轉子角速度，依據八種開關狀態下電流變化量及微分量與電壓和電流之間的約束關系，預測出每種逆變器開關矢量下一時刻的電機輸出電流；基于直接轉矩控制理論，進一步預測每種逆變器開關矢量下一時刻的機轉矩和電機磁鏈；以轉矩和磁鏈波動總量最小為目標，合理選擇出相關電壓矢量，實時控制逆變器工作。本發明能夠有效降低開關頻率及損耗，并減小電機的力矩波動。
【專利說明】基于模型預測的雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雙凸極永磁同步電機【技術領域】，具體涉及一種基于模型預測的雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法。
【背景技術】
[0002]早在20世紀50年代，雙凸極永磁同步電機(Doubly Salient Permanent MagnetSynchronous Machine,簡稱DSPM)的概念就由Rauch和Johnson提出，但是由于受永磁材料(AlNiCo)磁性能的限制，DSPM相對電勵磁同步電機而言，具有體積龐大，功率因素和效率都較低，因此在很長一段時間里，其發展速度相對滯后。伴隨著第三代稀土永磁材料釹鐵硼(NdFeB)的出現，DSPM電機的研制得帶進一步的發展。
[0003]隨著相關技術的進步，DSPM的研究不斷能深入，各種不同結構的DSPM相繼被開發出來。DSPM主要分為兩大類型:轉子永磁型和定子永磁型。轉子永磁型DSPM的轉子結構復雜，加工制作很困難，同時面臨散熱等問題，迄今所受關注度較小。定子永磁型DSPM其定、轉子均為凸極結構，永磁體放在定子側，而轉子只是硅鋼片的疊加，既無繞組也無永磁體，具有結構簡單、容錯能力強、散熱好，尤其適合高速運行。由于定子采用集中式繞組，定子永磁型DSPM(以下統一簡稱“DSPM”)還具有繞組端部短，同樣功率等級下，相對傳統永磁同步電機，具有用銅量少，銅耗低，效率高等優點(M.Cheng, K.T.Chau, and C.C.Chan, “Newsplit-winding doubly salient permanent magnet motor drive,，，IEEE Transactionson Aerospace and Electronic Systems, vol.39, n0.1, Jan.2003,pp.202-210)? DSPM一般多采用3相繞組結構形式，實際外圍變頻器常使用2電平8開關矢量驅動方式。然而，DSPM相對傳統永磁同步電機具有較高極對數，即在相同運行速度下，其外圍驅動逆變器具有較大的開關頻率，因而面臨較大的開關損耗。同時，DSPM采用方波電流驅動，在實際中受開關器件延遲的影響，其電流波形會發生一定畸變，尤其在低速范圍內具有一定的諧波，增加了電機鐵耗和轉矩波動。為解決上述問題，可以在DSPM的運行中，采用相應的控制策略進行調節。
[0004]當前，DSPM的控制方法主要包括角度位移控制。該控制策略，可以提高DSPM在中等轉速范圍內的轉矩和輸出功率，但是面臨電機動態相應慢、起動或負載突變等工況下電流過沖較大、力矩波動較大、速度平穩度較差等缺點，迄今尚不能很精確控制和驅動DSPM電機。
【發明內容】
[0005]本發明提出一種基于模型預測的雙凸極永磁同步電機轉矩控制方法，其目的在于，有效降低逆變器的開關頻率，減少DSPM的轉矩波`動，解決了傳統直接轉矩控制策略的控制誤差大、逆變器開關頻率不固定(有時很高)、電機輸出轉矩波動大的問題。
[0006]一種基于模型預測的雙凸極永磁同步電機轉矩控制方法，具體為:
[0007](I)對電機逆變器的開關管狀態進行組合，得到八組逆變器開關矢量信號；[0008](2)在當前時刻k，分別在每一組逆變器開關矢量信號下，采集雙凸極永磁同步電機的定子電流^和轉子角速度ω P下標P表示電機A、B、C相；
[0009](3)在每一組逆變器開關矢量信號下，依據當前定子電流ipk預測下一時刻k+l的
定子電流
【權利要求】
1.一種雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法，包括以下步驟: (1)對電機逆變器的開關管狀態進行組合，得到八組逆變器開關矢量信號； (2)在當前時刻k，分別在每一組逆變器開關矢量信號下，采集雙凸極永磁同步電機的定子電流.<和轉子角速度ωρ下標P表示電機A、B、C相； (3)在每一組逆變器開關矢量信號下，依據當前定子電流$預測下一時刻k+Ι的定子電
2.根據權利要求1所述的雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟(4)的具體實現方式為:求取使得成本函數
3.根據權利要求2所述的雙凸極永磁同步電機直接轉矩控制方法，其特征在于，所述電磁轉矩給定參考值T:與磁鏈給定參考值:ψ:滿足如下關系:
【文檔編號】H02P21/14GK103715961SQ201310700676
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】徐偉, 楊文武, 曲榮海, 吳震宇 申請人:華中科技大學