基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法

1.本发明涉及电机控制技术领域，具体地，涉及基于永磁同步电机电流预测模型 的电机控制方法。


背景技术：

2.pmsm因特有的优点，包括功率密度大、噪声低、运行效率高和质量轻等优势， 已经成为一种电动汽车行业主流的驱动电机。汽车行驶工况复杂，如果电机控制系 统突然发生故障，可能会发生严重的事故。在电机控制系统中，逆变器是最容易出 现故障的环节。
3.传统的三相四开关模型是当三相六开关逆变器某一相桥臂突然出现故障时，由 在线故障检测装置对所发生的故障进行查验判断，以故障检测分析结果来判断接下 来应采取的容错措施。以a相故障为例，当该相桥臂的功率开关管突然发生故障时， 系统立即将该相桥臂切除，同时发出触发脉冲将双向晶闸管打开，使该相负载直接 与母线电容中点相连接，从而将拓扑结构重构为三相四开关的容错拓扑结构。
4.相比于三相六开关，三相四开关在运行中会对两个直流母线电容进行充放电， 并且故障相从电容中点取出，很容易造成流入电容中点的电流不平衡，进而导致电 容中点电位出现波动。为解决这个问题，现阶段大多是将“三相四开关”模拟成为“三 相六开关”，来等效合成8个“基本电压矢量”，这种“等效模拟”的控制算法虽然对电 容中点电压不平衡有很好的控制效果，但计算量过大且复杂。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于永磁同步电机电流预测 模型的电机控制方法。
6.本发明提供一种基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法，包括如下步骤：
7.采集永磁同步电机所有开关状态下的三相电机d轴电流、q轴电流、逆变器的上母 线电容和下母线电容的电压差值；
8.将采集的所有开关状态下的三相电机d轴电流和q轴电流作为输入值构建电机电流 预测模型；
9.通过电机电流预测模型对所有开关状态下的三相电机d轴电流和q轴电流进行预测；
10.根据预测的三相电机d轴电流和q轴电流、d轴电流的参考值、q轴电流的参考值、 转速环输出值和电容差值计算各开关状态下的代价函数；
11.选取使得代价函数最小的开关状态作为最终输出。
12.可选地，所述电机电流预测模型的构建进一步包括：
13.对永磁同步电机的d-q轴下的电流的非线性方程进行离散化，得到永磁同步电机的 电流的预测方程，按预测方程构建电机电流预测模型。
14.可选地，所述预测方程为：
[0015][0016]
可选地，所述代价函数的计算公式为：
[0017][0018][0019]
其中，g1是跟随电机电流变化的代价函数，g2是跟随上下母线电容中点电压差的代 价函数，和分别为d、q轴电流的参考值，为pi转速环输出值，id(k 1)和iq(k 1)为下一时刻d轴和q轴电流预测值，λ为权重系数，和ia(k 1)为电机a相 电流的参考值与其下一时刻的预测值。
[0020]
可选地，所述和ia(k 1)的求取公式为：
[0021][0022]
其中，k
p
和ki为比例积分系数，v
c1
和v
c2
分别为上母线电容和下母线电容的电压。
[0023]
可选地，所述开关状态包括：
[0024]
状态1：(sb,sc)＝(0,0)
[0025]
状态2：(sb,sc)＝(1,0)
[0026]
状态3：(sb,sc)＝(1,1)
[0027]
状态4：(sb,sc)＝(0,1)
[0028]
同一桥臂中用1代表上桥臂导通，0代表下桥臂导通，当a相发生开路故障后，以sb和 sc分别表示b相和c相桥臂开关状态。
[0029]
可选地，所述步骤一中还包括检测三相电机的转矩及转速信号，并将转速值和转矩 值作为给定转速和给定转矩的反馈量。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0031]
本发明提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法，构建d轴和q轴电 流的流预测模型，通过流预测模型预测的三相电机的d轴和q轴电流，然后根据预测的 三相电机的d轴和q轴电流计算个开关状态下的代价函数，选取代价函数最小的开关状 态作为最终的控制方式，从而实现对中点电压和三相电机的电流进行控制，从而在保证 三相电机可以较稳定运行的同时使中点电压差消除，而且相对于“等效模拟”的控制 算法，计算量小且简单。
附图说明
[0032]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0033]
图1为本发明实施例提供的基于三相四开关的永磁同步电机控制方法的流程图；
[0034]
图2为本发明实施例提供的基于三相四开关的永磁同步电机控制系统结构示意 图；
[0035]
图3为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的 上母线电容和下母线电容电压变化曲线图；
[0036]
图4为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的 转速曲线图；
[0037]
图5为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的 电机转矩曲线图；图6为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的 三相电机的电流曲线图。
具体实施方式
[0038]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。
[0039]
在对本发明的实施例进行详细说明之前，先对实施例中电机的相关数据进行简单的 阐述，下述实施例中的三相电机的：极对数pn＝4，电枢电感ld＝5.25mh，lq＝12mh， 定子电阻r＝0.96欧，磁链ψf＝0.182743wb，转动惯量j＝0.0003kg*m2阻尼系数 b＝0.008n*m*s。
[0040]
图1为本发明实施例提供的基于三相四开关的永磁同步电机控制方法的流程图，图 2为本发明实施例提供的基于三相四开关的永磁同步电机控制系统结构示意图，其中， 控制系统包括转速环、pwm控制器和逆变器，图3为本发明实施例提供的基于永磁同 步电机电流预测模型的电机控制方法的上母线电容和下母线电容电压变化曲线图；图4 为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的电机转矩曲 线图，图5为本发明实施例提供的基于永磁同步电机电流预测模型的电机控制方法的三 相电机的电流曲线图，参见图1、图2，本实施例中的基于永磁同步电机电流预测模型 的电机控制方法，包括如下步骤：
[0041]
采集永磁同步电机所有开关状态下的三相电机d轴电流、q轴电流、逆变器的上母 线电容和下母线电容的电压差值。
[0042]
在本实施例中，三相电机d轴电流和q轴电流采用电流传感器进行采集，电压差值 用作代价函数的输入值。
[0043]
将采集的所有开关状态下的三相电机d轴电流和q轴电流作为输入值构建电机电流 预测模型。
[0044]
在本实施例中，所有开关状态包括四种开关状态，其中，
[0045]
状态1：(sb,sc)＝(0,0)
[0046]
状态2：(sb,sc)＝(1,0)
[0047]
状态3：(sb,sc)＝(1,1)
[0048]
状态4：(sb,sc)＝(0,1)
[0049]
同一桥臂中用1代表上桥臂导通，0代表下桥臂导通，当a相发生开路故障后，以sb和 sc分别表示b相和c相桥臂开关状态。
[0050]
通过电机电流预测模型对所有开关状态下的三相电机d轴电流和q轴电流进行预测；
[0051]
根据预测的三相电机d轴电流和q轴电流、d轴电流的参考值、q轴电流的参考值、 转速环输出值和电容差值计算各开关状态下的代价函数；
[0052]
选取使得代价函数最小的开关状态作为最终输出。
[0053]
在本实施例中，选取代价函数最小的开关状态，可以理解为，通过选取开关状态对 中点电压进行控制，从而解决中点电压不平衡的问题。
[0054]
在一种可选的实施方式中，电机电流预测模型的构建进一步包括：
[0055]
对永磁同步电机的d-q轴下的电流的非线性方程进行离散化，得到永磁同步电机的 电流的预测方程，按预测方程构建电机电流预测模型。
[0056]
在一种可选的实施方式中，预测方程为：
[0057][0058]
在一种可选的实施方式中，代价函数的计算公式为：
[0059][0060][0061]
其中，g1是跟随电机电流变化的代价函数，g2是跟随上下母线电容中点电压差的代 价函数，和分别为d、q轴电流的参考值，为pi转速环输出值，id(k 1)和iq(k 1)为下一时刻d轴和q轴电流预测值，λ为权重系数，和ia(k 1)为电机a相 电流的参考值与其下一时刻的预测值。
[0062]
可选地，和ia(k 1)的求取公式为：
[0063][0064]
其中，k
p
和ki为比例积分系数，v
c1
和v
c2
分别为上母线电容和下母线电容的电压。
[0065]
在一种可选的实施方式中，步骤一中还包括检测三相电机的转矩及转速信号，并将 转速值和转矩值作为给定转速和给定转矩的反馈量，。
[0066]
在本实施例中，检测三相电机的转矩及转速信号是通过光电编码器来实现的。
[0067]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。