本發明專利技術涉及一種永磁同步電機電流預測控制方法，屬于電氣控制領域。它通過定子電流預測和無差拍控制，提高了永磁同步電機定子電流控制的動態響應速度和控制精度，對系統延時進行補償，進而減小了電機運行時的噪聲和轉矩脈動。其方法：通過傳感器采樣和光電碼盤或無位置傳感器檢測技術，得到三相定子電流信號、電機轉子的電角度和電角速度；對定子電流信號進行Clarke變換和Park變換，得到同步旋轉dq坐標系下的定子電流；將所得到的dq坐標系下的定子電流信號，帶入永磁同步電機電流預測控制器控制方程，根據外環控制器中得到的dq坐標系下定子電流給定值，進行無差拍控制，獲得dq坐標系下的定子電壓矢量；將所得到的dq坐標系下的定子電壓矢量，進行Park逆變換，利用SVPWM方法得到逆變器的PWM控制信號，通過逆變器控制定子電流，進而實現對永磁同步電機的電流預測控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種永磁同步電機電流預測控制方法，尤其是用于變頻空調中的永磁同步電機，對于永磁同步電機模型均適用，屬于電氣控制領域。
技術介紹
隨著永磁材料工業的發展，永磁同步電機得到了越來越廣泛的應用，相比于異步電動機，永磁同步電機具有效率高，氣隙磁場密度高，功率因數高等優點。永磁同步電機根據感應電動勢不同，主要分為兩類永磁同步電動機(PMSM)和無刷直流電動機(BLDCM)。BLDCM成本低，檢測裝置及控制簡單，輸出轉矩大，在同樣體積的條件下，BLDCM比PMSM輸出轉矩高，材料利用率高；PMSM采用矢量控制，轉矩電流分量與轉子磁場方向始終正交，轉矩脈動很小，而BLDCM采用方波控制，轉矩脈動大；PMSM電流連續，鐵心中附加損耗較小，而·BLDCM定子磁場非連續旋轉,造成鐵心附加損耗增加。近年來,隨著永磁同步電機的控制驅動技術不斷革新，電機運行性能日益提高，永磁同步電機的應用變得越來越廣泛，如家電、機器人控制、柔性制造系統、數控機床、雷達、航天等領域。隨著世界環境和能源危機的加劇，低碳綠色成為當今世界關注的焦點，節能減排已是世界各國的主要國策。在節能環保消費需求和國家政策的引領下，家電產品更紛紛掀起了一股前所未有的節能浪潮。從各種大型家用電器的耗電量看，空調用電量已排在各類家電產品之首。傳統的定頻空調供電頻率為50Hz，壓縮機轉速不變，需頻繁啟動以保持在設定溫度附近波動，而變頻空調可以長時間低速運行維持室溫，節省了壓縮機頻繁啟動的電能消耗和噪聲，延長了電機的使用壽命，并且舒適度、化霜性能、起動性能制冷效果等方面的性能是定頻空調是無法比擬的。變頻空調的關鍵核心技術在于其內部的驅動壓縮機的電機的變頻驅動技術。變頻空調壓縮機由變頻調速異步電動機發展到如今的永磁同步電機，在起動功率、功率因數、抗電壓波動和節能等方面，都取得了很大的進步。而在作為變頻空調壓縮機的永磁電機中，永磁無刷直流電動機因定子電樞中的電流和電樞磁勢移動的不連續性而存在電磁脈動,這導致在高速運轉時會產生噪聲，在中低速又阻礙產生平穩力矩。永磁同步電機通過正弦波驅動，定子合成磁勢和轉子磁勢位置保持嚴格同步，可以獲得平穩的電磁轉矩，使得電機在高速運轉時產生的噪聲較低，且具有更優越的起動性能和低速性能。目前，永磁同步電機常用的控制方法有矢量控制、PID控制、直接轉矩控制、模糊控制、神經網絡控制、滑模變結構控制等。永磁同步電機的矢量控制是通過對定子電流矢量的控制從而間接控制電磁轉矩，同時控制定子電流的幅值和相位，是很多新型控制策略實現的基礎。目前空調系統中驅動壓縮機的永磁同步電動機的控制方案也基本采用轉子磁場定向的矢量控制。直接轉矩控制通過對定子磁鏈和轉矩數據查表，選擇電壓矢量，直接控制電機轉矩和磁鏈。但是這種方法在啟動和低速運行時，電機運行性能惡化，而且開關頻率的不固定，使功率電路的設計很大程度上復雜化。PID控制是目前應用最為廣泛的數字控制技術，被控制量和其參考值的偏差，經過PID調節器后，輸出控制指令矢量，對被控量進行調節控制。PID控制具有魯棒性強，穩態性能良好，對開關頻率要求不高，且對被控系統參數依賴性弱等特點，但同時也存在動態響應較慢的缺點。模糊控制利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法進行控制，而且能模擬人的思維方式對一些難以建立精確數學模型的對象進行有效控制。但是這種控制方法存在穩態控制精度不高的缺點，而空調低速運行對定子電流控制精度要求較高，所以還需進一步改進。人工神經網絡是一種應用類似于大腦神經突觸聯接的結構進行信息處理的數學模型，在解決非線性和不確定性系統控制方面的巨大潛力，人們把神經網絡控制應用于電機控制領域，并已經在高性能的轉矩脈動抑制、速度/位置軌跡跟蹤控制、電機模型及參數辨識等方面取得了一些成果。滑模變結構控制是一種非線性控制方法，與常規控制方法的根本區別在于控制的不連續，對參數變化和外部擾動具有較的強魯棒性等特征。但是因其控制器輸出量是非連續的，會在系統的穩定點附近產生“抖振”現象。無差拍控制是一種數字控制技術，它通過連續 線性系統的離散狀態方程，計算出所需的脈寬控制指令，以保證輸出電壓與參考值在幾個采樣周期內達到一致。它具有快速的動態響應、精確的控制精度、零穩態誤差和對數字控制平臺的兼容性等顯著優點，很大程度上改善了傳統PID控制動態響應較慢和存在靜差的缺點。此外，無差拍控制與空間矢量調制(SVM)技術相結合，更加降低了輸出畸變和電流紋波_。因此無差拍控制對于變頻空調的節能、提高低速運行的控制精度、減小轉矩脈動和噪聲以及加快起動和變溫速度，無疑具有無法比擬的優勢。因此，為了加快永磁同步電機的動態響應速度，提高控制精度，改善現有PID控制器動態響應速度慢和存在穩態靜差的問題，有必要設計一種永磁同步電機電流預測控制方法，針對永磁同步電機，對定子電流采用無差拍控制，提高控制速度和精度，減小轉矩脈動和噪聲。
技術實現思路
本專利技術為了解決目前永磁同步電機定子電流PI控制動態響應較慢，穩態時存在靜差的問題，提高永磁同步電機實際運行時定子電流的動態響應速度和控制精度，提出了一種永磁同步電機電流預測控制方法。為了實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案來實現一種永磁同步電機電流預測控制方法，由以下步驟實現步驟一，在永磁同步電機運行時，利用傳感器實時采樣三相定子電流信號iA、iB、id利用光電碼盤檢測電機轉子位置和轉速信號，或采用無位置傳感器檢測技術，計算得到永磁同步電機轉子的電角度Θ ^和電角速度步驟二，將步驟一中的電機三相電流信號進行Clarke變換，得到兩相靜止α β坐標系下的電流信號，將所述α β坐標系下的電流信號進行Park變換，得到同步旋轉dq坐標系下的定子電流id、iq ；步驟三，將步驟二中得到的dq坐標系下的定子電流信號，帶入永磁同步電機電流預測控制器，通過定子電流預測，根據外環控制器中得到的dq坐標系下定子電流給定值進行無差拍控制，獲得dq坐標系下的定子電壓矢量；步驟四，將步驟三中得到的dq坐標系下的定子電壓矢量，進行Park逆變換，得到α β坐標系下的定子電壓矢量，利用SVPWM方法得到逆變器的PWM控制信號，從而實現對永磁同步電機的電流預測控制。步驟三中所述的永磁同步電機電流預測控制器包括兩部分，分別為定子電流預測和無差拍控制，其中永磁同步電機的無差拍控制模型由電機數學模型推演得到。步驟三中永磁同步電機的無差拍控制器推導過程為對于一個線性連續系統，如公式(I)所示本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種永磁同步電機電流預測控制方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，在永磁同步電機運行時，利用傳感器實時采樣三相定子電流信號iA、iB、iC；利用光電碼盤檢測電機轉子位置和轉速信號，或采用無位置傳感器檢測技術，計算得到永磁同步電機轉子的電角度θr和電角速度ωr；步驟二，將步驟一中的電機三相定子電流信號進行Clarke變換，得到兩相靜止αβ坐標系下的定子電流信號，將所述αβ坐標系下的電流信號進行Park變換，得到同步旋轉dq坐標系下的定子電流id、iq；步驟三，將步驟二中得到的dq坐標系下的定子電流信號，帶入永磁同步電機電流預測控制器，通過定子電流預測，根據外環控制器中得到的dq坐標系下定子電流給定值進行無差拍控制，獲得dq坐標系下的定子電壓矢量；步驟四，將步驟三中得到的dq坐標系下的定子電壓矢量，進行Park逆變換，得到αβ坐標系下的定子電壓矢量，利用SVPWM方法得到逆變器的PWM控制信號，從而實現對永磁同步電機的電流預測控制。
【技術特征摘要】
1.一種永磁同步電機電流預測控制方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，在永磁同步電機運行時，利用傳感器實時采樣三相定子電流信號iA、iB、ic ;利用光電碼盤檢測電機轉子位置和轉速信號，或采用無位置傳感器檢測技術，計算得到永磁同步電機轉子的電角度Θ^和電角速度 步驟二，將步驟一中的電機三相定子電流信號進行Clarke變換，得到兩相靜止α β坐標系下的定子電流信號，將所述α β坐標系下的電流信號進行Park變換，得到同步旋轉dq坐標系下的定子電流id、iq; 步驟三，將步驟二中得到的dq坐標系下的定子電流信號，帶入永磁同...
【專利技術屬性】
技術研發人員：景卉，
申請(專利權)人：華東建筑設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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