申请/专利权人：泉州装备制造研究所

申请日：2024-01-10

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117544038B

主分类号：H02P21/14

分类号：H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P21/24;H02P25/022;H02P27/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2024.03.01#实质审查的生效;2024.02.09#公开

摘要：本发明公开了一种基于快速权重优化的永磁同步电机模型预测控制方法，涉及电机控制技术领域，其具体实施流程包括定子电压方程构成数学模型、多控制目标预测、多目标优化模型预测控制、多目标成本函数降维、误差快速排序和指标评估，在指标评估后输出最优电压矢量给两电平三相逆变器；与现有技术相比，本发明无需对权重系数进行设计和优化，通过对各误差项分别进行排序，获取排序指标，评估各误差项的排序名次，即可实现多控制目标的系统级优化，即目标模型预测控制方法的多目标全局优化。

主权项：1.一种基于快速权重优化的永磁同步电机模型预测控制方法，该永磁同步电机的控制系统包括逆变器，所述逆变器包括三相桥臂，各相所述桥臂分别有两开关管，每相所述桥臂中的两所述开关管分别对应位于上桥臂和下桥臂,其特征在于：包括如下步骤：S1、建立永磁同步电机数学模型如下； ψsd＝Lsdisd+ψm3，ψsq＝Lsqisq4，其中，电磁转矩表达式为：Te＝p[ψmisq+Lsd-Lsqisdisq]5；式中，usd、usq分别表示dq轴坐标系下的定子电压，isd、isq分别表示dq轴坐标系下的定子电流，Lsd、Lsq分别表示定子电感的dq轴分量，ψsd、ψsq分别表示定子磁链的dq轴分量，Rs为定子电阻，p为极对数，ψm为永磁体磁链，ωr为转子角速度，Te为电磁转矩，ddt为微分算子；S2、多控制目标预测，具体方法为：控制目标的预测值通过前向欧拉离散得到如下公式：式中，xk表示控制目标x在第k个采样周期的值，xk+1表示控制目标x在第k+1个采样周期的值，k表示第k个采样周期，k+1表示第k+1个采样周期，Ts为单个采样周期的时间；根据所述永磁同步电机数学模型，得到dq轴坐标系下定子电流在k时刻的微分为： 其中，将式6分别代入到式7和式8中，得到第k+1个采样周期的定子电流预测值的公式为： 得到第k+1个采样周期的定子磁链预测值的公式为：ψsdk+1＝ψsd+[usd-Rsisdk+ωrkψsq]Ts11，ψsqk+1＝ψsq+[usq-Rsisqk-ωrkψsd]Ts12，得到第k+1个采样周期的电磁转矩预测值的公式为： 式中，isdk+1、isqk+1分别表示dq轴坐标系下定子电流在第k+1个采样周期的预测值，ψsdk+1、ψsqk+1分别表示定子磁链的dq轴分量在第k+1个采样周期的预测值，Tek+1为电磁转矩在第k+1个采样周期的预测值，ωrk为第k个采样周期转子角速度；S3、多控制目标优化模型预测，具体方法为：建立多目标模型预测控制成本函数如下： 式中，Te*为电磁转矩参考值，ψsd*、ψsq*分别表示dq轴坐标系下的定子磁链参考值，λψ和λnw均为权重系数；其中，nswk＝∑h＝a,b,c|Shk-Shk-1|，h表示所述逆变器中a、b或c三相桥臂中的其中一相，若该相有开关管开关状态的切换，则|Shk-Shk-1|＝1，反之为0；nswk为采样周期为k时开关切换次数；Sa、Sb和Sc分别对应表示为两电平三相逆变器中a相、b相和c相上桥臂开关管的开关状态，Sa＝0、Sb＝0和Sc＝0分别表示对应表示为所述逆变器中a相、b相和c相的上桥臂开关管导通，Sa＝1、Sb＝1和Sc＝1分别表示所述逆变器中a相、b相和c相的上桥臂开关管关断；S4、多目标成本函数降维，具体方法为：将成本函数g分解为多个误差项，各所述误差项的表达式分别为： g3＝nswk217；其中，g1表示转矩误差优化项，g2表示磁链误差优化项，g3表示开关频率误差优化项；S5、误差快速排序，具体方法为：步骤S5.1：根据两电平三相逆变器的三相开关管的开关状态，得到一个三位二进制数S＝[Sa,Sb,Sc]，采用控制输入i和控制输入j分别作为输入变量，i和j分别表示为所述三位二进制数在十进制中的序号S，i＝0～7，j＝i+1～7；步骤S5.2、建立电压矢量us的关系式如下：us＝uDCSa+aSb+a2Sc；式中，uDC表示直流母线电压，a为系数，且a＝ej·2π3；其中，所述电压矢量us中的下标S表示电压矢量的三位二进制在十进制中的序号，即下标S＝i或j；输入所述控制输入i和所述控制输入j，i＝0～7，j＝i+1～7，得到所述电压矢量us，即可得到不同数值的gn，n根据选择的误差优化项进行定义，n＝1～2；并且，根据步骤S4中单次采样周期内三相的上桥臂开关管的导通状态计算得到g3j，并以g3j的数值单调上升为标准的电压矢量重排序；将所述控制输入i和所述控制输入j分别两两进行比对，每次比对时，若gni＞gnj，则将所述控制输入i和所述控制输入j的序号对调并存储下来，若gni≤gnj则所述控制输入i和所述控制输入j的序号保持不变，比对完成之后得到以gnj的误差值单调上升为标准的电压矢量重排序；步骤S5.3：根据步骤S5.2，分别得到g1j、g2j和g3j的误差值单调上升为标准的电压矢量重排序；步骤S5.4：根据所述gnj的误差值按从小到大的顺序排列，且排名依次对应为An[0]、An[1]、……、An[7]；S6、指标评估，具体方法为：将各所述控制输入j的排序名次按下式相加，Rankj＝R1j+R2j+R3j18，式中，R1j表示所述转矩误差优化项g1中所述控制输入j在步骤S5中的排名，R2j表示所述磁链误差优化项g2中所述控制输入j在步骤S5中的排名，R3j表示所述开关频率误差优化项g3中所述控制输入j在步骤S5中的排名；然后选择排序名次相加最小值所对应的所述控制输入j作为全局最优量输入；根据步骤S6得到的所述控制输入j，结合步骤S5.2得到电压矢量us，以此输出usk+1给所述控制器。

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