1.一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,用于针对三相全桥驱动模式下的永磁无刷直流电机进行预测控制,其特征在于,包括如下步骤:步骤A.根据二阶欧拉离散化,利用在旋转坐标系下的定子电流状态方程,获得下一时刻预测校正后的交直轴电流预测值,并采用无差拍预测控制思想,获得延时补偿后的当前时刻理想电压矢量,然后进入步骤B;
步骤B.基于延时补偿后当前时刻理想电压矢量在α轴、β轴上的分解值,通过反正切函数,获得当前时刻理想电压矢量所对应的角度,并结合电机空间电压矢量所对应等角度划分下十二扇区中的各个待选电压矢量,获得当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量,然后进入步骤C;
步骤C.根据当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量,按两最优电压矢量分别所对应作用时长之和等于采样周期,获得第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别所对应的作用时长,然后进入步骤D;
步骤D.以第一最优电压矢量与第二最优电压矢量其中一个最优电压矢量所对应作用时长与采样周期的比值,构建调制波,结合预设频率的上三角载波,划分当前时刻所属采样周期中第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别作用的时长区间,再结合理想电压矢量分别所在各扇区下、预设第一最优电压矢量与第二最优电压矢量分别对应三相全桥中各桥臂的开关状态,获得当前时刻所属采样周期对应三相全桥的驱动脉冲信号,实现对永磁无刷直流电机驱动。
2.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:所述步骤A包括如下步骤A1至步骤A3;
步骤A1.根据二阶欧拉离散化,按如下公式:
式中
获得下一k+1时刻的电流理论精确值is(k+1),其中,is(k)表示当前k时刻的电流理论精确值,es(k)表示当前k时刻的反电势,Ls表示永磁无刷直流电机中定子电感,Rs表示永磁无刷直流电机中定子电阻,Ts表示采样周期,然后进入步骤A2;
步骤A2.利用在旋转坐标系下的定子电流状态方程,按如下:
获得下一k+1时刻预测校正后的交直轴电流预测值分别在d轴、q轴上的分解值id(k+1)、iq(k+1),其中,id0(k)、iq0(k)分别表示电流is0(k)分别在d轴、q轴上的分解值,ud(k)、uq(k)表示当前k时刻所属采样周期对应所选出有效电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值;然后进入步骤A3;
步骤A3.采用无差拍预测控制思想,结合 按如下公式:
获得延时补偿后的当前k时刻理想电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值
其中, 分别表示当前k时刻交直轴电流给定值分别在d轴、q轴上的分解值。
3.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:所述步骤B包括如下步骤B1至步骤B3;
步骤B1.根据延时补偿后的当前k时刻理想电压矢量分别在d轴、q轴上的分解值按如下公式:获得当前k时刻理想电压矢量分别在α轴、β轴上的分解值 其中,θ表示永
磁无刷直流电机的转子位置角度,然后进入步骤B2;
步骤B2.通过反正切函数如下:
获得当前k时刻理想电压矢量所对应的角度γ,然后进入步骤B3;
步骤B3.根据电机空间电压矢量所对应等角度划分下十二扇区中的各个待选电压矢量,获得当前时刻理想电压矢量所对应的第一最优电压矢量Uvec1、第二最优电压矢量Uvec2。
4.根据权利要求3所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:所述电机基本电压矢量所对应等角度划分下十二扇区,按如下操作获得;
操作:首先基于电机基本电压矢量对应α轴、β轴分解下的各个待选电压矢量,构建相邻待选电压矢量之间间隔60度的六扇区划分;接着按理想电压矢量在六扇区划分中位置,选择相对应的第一最优电压矢量、第二最优电压矢量,并按此规律构建理想电压矢量分解后在六扇区划分中的电压矢量运动轨迹;然后根据电压矢量运动轨迹,基于六扇区划分进一步将电机基本电压矢量划分为相邻之间间隔30度的十二扇区划分。
5.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:所述步骤C包括如下步骤C1至步骤C3;
步骤C1.根据如下公式:
获得零矢量作用时交轴电流的斜率h0,Ls表示永磁无刷直流电机中定子电感,Rs表示永磁无刷直流电机中定子电阻,ωr表示永磁无刷直流电机转子角速度,ψf表示永磁无刷直流电机的永磁体磁链,然后进入步骤C2;
步骤C2.根据零矢量作用时交轴电流的斜率h0,结合第一最优电压矢量Uvec1、第二最优电压矢量Uvec2分别在q轴上的分解值Uq_vec1、Uq_vec2,按如下公式:获得第一最优电压矢量Uvec1、第二最优电压矢量Uvec2作用时交轴电流的斜率hvec1、hvec2,然后进入步骤C3;
步骤C3.根据如下公式:
获得第一最优电压矢量Uvec1、第二最优电压矢量Uvec2分别所对应的作用时长tvec1、tvec2,表示交轴电流参考值,iq(k)表示当前k时刻交直轴电流理论精确值在q轴上的分解值。
6.根据权利要求1所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3;
步骤D1.以第一最优电压矢量Uvec1所对应作用时长tvec1与采样周期Ts的比值,构建调制波Tcm,然后进入步骤D2;
步骤D2.基于预设频率的上三角载波,确定调制波Tcm大于上三角载波的时段为当前时刻所属采样周期中第一最优电压矢量作用的时长区间,调制波Tcm小于上三角载波的时段为当前时刻所属采样周期中第二最优电压矢量作用的时长区间,即确定当前时刻所属采样周期中第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别作用的时长区间,然后进入步骤D3;
步骤D3.根据当前时刻所属采样周期中第一最优电压矢量、第二最优电压矢量分别作用的时长区间,结合理想电压矢量分别所在各扇区下、预设第一最优电压矢量与第二最优电压矢量分别对应三相全桥中各桥臂的开关状态,获得当前时刻所属采样周期对应三相全桥的驱动脉冲信号,实现对永磁无刷直流电机驱动。
7.根据权利要求1或6所述一种永磁无刷直流电机矢量优选预测控制方法,其特征在于:基于Sa、Sb、Sc分别代表三相全桥中各桥臂的开关状态,各桥臂上下两个功率开关管状态互补,以及定义开关状态为“1”对应上桥臂功率开关管导通、下桥臂功率开关管关断,开关状态为“0”对应为上桥臂功率开关管关断、下桥臂功率开关管导通;所述理想电压矢量分别所在各扇区下、预设第一最优电压矢量与第二最优电压矢量分别对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态如下:当理想电压矢量在第一扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、0;
当理想电压矢量在第二扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、1、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、1;
当理想电压矢量在第三扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、1、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、1;
当理想电压矢量在第四扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、0;
当理想电压矢量在第五扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、0、1;
当理想电压矢量在第六扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、1、0;
当理想电压矢量在第七扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、1;
当理想电压矢量在第八扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、0、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、0;
当理想电压矢量在第九扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、0、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、0;
当理想电压矢量在第十扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、1、1;
当理想电压矢量在第十一扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、1,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、1、0;
当理想电压矢量在第十二扇区,预设第一最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为1、0、0,预设第二最优电压矢量对应三相全桥中Sa、Sb、Sc各桥臂的开关状态依次为0、0、1。