：本發(fā)明屬于表貼式pmsm高性能控制領域，特別涉及一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法。

背景技術

0、
背景技術：

1、模型預測控制策略mpc作為一種面向實際工業(yè)過程飛速發(fā)展起來的優(yōu)化控制算法，具有比傳統(tǒng)矢量控制更快的動態(tài)響應速度和更好的多變量約束處理能力，且算法結構簡單清晰，能夠有效實現(xiàn)多目標優(yōu)化控制；而五橋臂逆變器驅動雙電機系統(tǒng)作為一種較好的容錯控制方案，具有體積小、成本低、運行安全可靠等優(yōu)點，但五橋臂系統(tǒng)中公共橋臂上可能出現(xiàn)峰值電流過大而導致逆變器損壞的問題仍亟待解決。

技術實現(xiàn)思路

0、
技術實現(xiàn)要素：

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，該方法將模型預測控制策略mpc和五橋臂雙永磁電機控制系統(tǒng)相結合，能夠同時衡量系統(tǒng)的電流跟隨誤差和公共橋臂電流幅值，并能通過調節(jié)公共橋臂電流項權重系數(shù)值實現(xiàn)對公共橋臂電流的進一步抑制。

2、如上構思，本發(fā)明的技術方案是：

3、一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：首先，通過位置傳感器獲取兩臺電機的轉子磁鏈角度差，將轉子磁鏈角度差輸入到pi控制器中得到修正電流分量，再將其加入到電機2的電流環(huán)中，以降低公共橋臂的峰值電流；然后，設計一個引入公共橋臂電流項的系統(tǒng)總價值函數(shù)，對基于模型預測控制的雙電機公共橋臂電流抑制算法進行優(yōu)化，使其能夠同時衡量系統(tǒng)的電流跟隨誤差和公共橋臂電流幅值，并通過調節(jié)公共橋臂電流項的權重系數(shù)實現(xiàn)對公共橋臂電流的進一步抑制。

4、優(yōu)選地，所述本方法包括如下步驟：

5、(1)建立五橋臂雙電機系統(tǒng)模型預測控制的數(shù)學模型，在α-β兩相靜止坐標系下，表貼式pmsm的定子電壓平衡方程表示為：

6、

7、式中，r、l分別為電機定子電阻與定子電感；u＝[uαuβ]t為電機輸入電壓矢量；i＝[iαiβ]t為電機輸入電流矢量；e＝[eαeβ]t為電機反電動勢矢量；m區(qū)分兩臺電機的序號，其值為1或2；

8、以定子電流為狀態(tài)變量，根據(jù)定子電壓平衡方程可得電流預測式：

9、

10、采用一階歐拉離散法將電流預測式離散化，有：

11、

12、式中，t為系統(tǒng)的控制周期；im(k)、um(k)、em(k)分別為k時刻第m臺電機的定子電流矢量、電壓矢量和反電動勢矢量，為k+1時刻第m臺電機的定子電流矢量預測值，上角標n為當前預測值下與該電機對應逆變器的開關狀態(tài)標號，

13、構建價值函數(shù)對各個預測值進行評估，有：

14、

15、各個電流預測值所對應最優(yōu)電壓矢量v的開關狀態(tài)為：

16、v＝argmingn(k+1)，n＝1～32

17、式中，argmin?gn(k+1)表示最小gn(k+1)的值對應的電壓矢量vn；

18、(2)確定在五橋臂雙電機控制系統(tǒng)中，任一時刻兩臺永磁同步電機各相定子繞組中通過的相電流，所述相電流的表達關系式描述為：

19、

20、式中，ia1、ib1、ic1和ia2、ib2、ic2分別為永磁同步電機1與永磁同步電機2的三相電流，is1、f1、θ1和is2、f2、θ2分別為永磁同步電機1與永磁同步電機2三相電流的幅值、頻率以及永磁體磁鏈的初始位置角；

21、設定公共橋臂電流ic為電機1的c1相電流ic1與電機2的c2相電流ic2的疊加：

22、ic＝ic1+ic2

23、設定電機1的c1相電流ic1的幅角為0，電機2的c2相電流ic2的幅角為δθ，其中，δθ表示兩臺電機轉子磁鏈角度的差值，同時也是公共橋臂上兩相電流ic1和ic2的相位差，在這種情況下，公共橋臂的峰值電流表達式為：

24、

25、式中，δθ表達式為：

26、δθ＝θe2-θe1＝θ2-(θ1+120°)∈[0°,360°]

27、θe2表示永磁同步電機2的轉子磁鏈角，θe1表示永磁同步電機1的轉子磁鏈角

28、公共橋臂電流幅值ic的取值范圍為：

29、ic∈[is1-is2|,is1+is2]

30、(3)設計基于轉子磁鏈角度差的公共橋臂電流抑制方法，使公共橋臂電流最小化，使兩臺電機的轉子磁鏈角度差δθ等于180°，

31、(4)計算轉子位置差，使pi控制器對轉子位置差進行調節(jié)；

32、(5)建立引入公共橋臂電流項的性能優(yōu)化價值函數(shù)。

33、優(yōu)選地，所述步驟(3)的具體方法是：在兩臺電機采用主令參考式同步方式的情況下，輸入相同的參考轉速ω*，通過pi控制器調整實際轉速以保持同步，電機1的參考電流由速度環(huán)pi控制器設定，電機2的參考電流包括兩部分：一部分與電機1相同，由轉速環(huán)pi控制器設定，另一部分為修正電流分量，該修正電流分量通過比較電機轉子磁鏈角度差與180°進行調整，從而降低公共橋臂的峰值電流，最終的q軸修正電流為修正電流分量與電機2的原q軸電流結合而成。

34、優(yōu)選地，所述步驟(4)的具體方法是：根據(jù)永磁同步電機2的轉子磁鏈角θe2與電機1的轉子磁鏈角θe1之差δθ，再根據(jù)公式pδθ＝δθ(k)－δθ(k-1)進行微分運算，p表示微分算子，pδθ表示在某一控制周期內，轉子磁鏈角度差的微分，即k時刻轉子磁鏈角度差與k-1時刻轉子磁鏈角度差之差，最后根據(jù)δθ＝pδθ+δθ(k-1)進行積分運算，δθ表示將變換過后的轉子磁鏈角度差的微分進行積分運算，從而得到在本控制周期內兩臺電機的轉子磁鏈角度差。

35、優(yōu)選地，所述步驟(5)的具體方法是：在系統(tǒng)總價值函數(shù)中引入公共橋臂電流項，首先需要計算組成公共橋臂電流的各分電流的預測值。根據(jù)α-β軸的電流預測值，可以計算兩臺永磁同步電機的c相電流預測值，其表達式為：

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37、公共橋臂電流預測值為：

38、ic(k+1)＝ic1(k+1)+ic2(k+1)

39、引入公共橋臂電流項后的系統(tǒng)總價值函數(shù)為：

40、

41、本發(fā)明針對五橋臂雙永磁同步電機系統(tǒng)中公共橋臂電流過大的問題，設計了一種調節(jié)雙電機轉子磁鏈角度差的控制方法，并提出了基于性能優(yōu)化價值函數(shù)的公共橋臂電流抑制算法，結合模型預測控制策略，相比以往研究，該算法對公共橋臂電流抑制效果顯著，有助于提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

技術特征：

1.一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：首先，通過位置傳感器獲取兩臺電機的轉子磁鏈角度差，將轉子磁鏈角度差輸入到pi控制器中得到修正電流分量，再將其加入到電機2的電流環(huán)中，以降低公共橋臂的峰值電流；然后，設計一個引入公共橋臂電流項的系統(tǒng)總價值函數(shù)，對基于模型預測控制的雙電機公共橋臂電流抑制算法進行優(yōu)化，使其能夠同時衡量系統(tǒng)的電流跟隨誤差和公共橋臂電流幅值，并通過調節(jié)公共橋臂電流項的權重系數(shù)實現(xiàn)對公共橋臂電流的進一步抑制。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：所述本方法包括如下步驟：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：所述步驟(3)的具體方法是：在兩臺電機采用主令參考式同步方式的情況下，輸入相同的參考轉速ω*，通過pi控制器調整實際轉速以保持同步，電機1的參考電流由速度環(huán)pi控制器設定，電機2的參考電流包括兩部分：一部分與電機1相同，由轉速環(huán)pi控制器設定，另一部分為修正電流分量，該修正電流分量通過比較電機轉子磁鏈角度差與180°進行調整，從而降低公共橋臂的峰值電流，最終的q軸修正電流為修正電流分量與電機2的原q軸電流結合而成。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：所述步驟(4)的具體方法是：根據(jù)永磁同步電機2的轉子磁鏈角θe2與電機1的轉子磁鏈角θe1之差δθ，再根據(jù)公式pδθ＝δθ(k)－δθ(k-1)進行微分運算，p表示微分算子，pδθ表示在某一控制周期內，轉子磁鏈角度差的微分，即k時刻轉子磁鏈角度差與k-1時刻轉子磁鏈角度差之差，最后根據(jù)δθ＝pδθ+δθ(k-1)進行積分運算，δθ表示將變換過后的轉子磁鏈角度差的微分進行積分運算，從而得到在本控制周期內兩臺電機的轉子磁鏈角度差。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種應用于五橋臂雙永磁同步電機mpc控制的公共橋臂電流抑制方法，其特征在于：所述步驟(5)的具體方法是：在系統(tǒng)總價值函數(shù)中引入公共橋臂電流項，首先需要計算組成公共橋臂電流的各分電流的預測值。根據(jù)α-β軸的電流預測值，可以計算兩臺永磁同步電機的c相電流預測值，其表達式為：

技術總結
一種應用于五橋臂雙永磁同步電機MPC控制的公共橋臂電流抑制方法，通過位置傳感器獲取兩臺電機的轉子磁鏈角度差，將轉子磁鏈角度差輸入到PI控制器中得到修正電流分量，再將其加入到電機2的電流環(huán)中，然后，設計一個引入公共橋臂電流項的系統(tǒng)總價值函數(shù)，對基于模型預測控制的雙電機公共橋臂電流抑制算法進行優(yōu)化，使其能夠同時衡量系統(tǒng)的電流跟隨誤差和公共橋臂電流幅值，并通過調節(jié)公共橋臂電流項的權重系數(shù)實現(xiàn)對公共橋臂電流的進一步抑制。該方法將模型預測控制策略MPC和五橋臂雙永磁電機控制系統(tǒng)相結合，能夠同時衡量系統(tǒng)的電流跟隨誤差和公共橋臂電流幅值，并能通過調節(jié)公共橋臂電流項權重系數(shù)值實現(xiàn)對公共橋臂電流的進一步抑制。

技術研發(fā)人員：劉濤,周明,韓強,張爍,孫浩,徐佳佳,袁煒涵
受保護的技術使用者：天津工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30