CN112564567A - 三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法 - Google Patents

Abstract

一种三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法：通过对定子磁链信息(定子磁链位置角和所处扇区)的观测，进而根据转矩和磁链的变化量，通过滞环控制器，对所有基本电压矢量，进行筛选，筛选过后得到备选矢量集1，再通过中点电位滞环去掉产生中点电位偏移的小矢量，得到备选矢量集2，最后带入价值函数中进行选最优矢量，来解决现有中点电位有偏移，动态性能较差、算法复杂等问题。本发明解决了现有动态性能较差、计算负担较大、中点电位不平衡等问题，与已有方法相比算法简单，计算速度快，动态性能良好。

Description

三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机有限集预测转矩控制方法。特别是涉及一种三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法。

背景技术

近年来，我国的牵引传动和基础建造领域快速发展，作为电能与机械能转换的电机，是此工程领域中必不可少的部分。同时中点箝位型(NPC)三电平逆变器拓扑结构发展成熟，具有较高的耐压水平、输出电压谐波较好等优点。将中点箝位型(NPC)三电平逆变器运用到电机控制领域中，尤其是高压交流电动机控制和调速领域中，有深远意义。

在电机控制中，可采用模型预测转矩控制(MPTC)。MPTC能够很好地将逆变器产生的基本电压矢量和控制目标结合在一起，它易于处理***的约束，并能够实现对多个变量的控制。当MPTC应用于NPC三电平逆变器驱动的电机调速***时，由于NPC三电平逆变器拓扑结构的特殊性(图1所示)，会导致三电平逆变器存在直流侧电容电压不平衡的问题。在评价函数中添加中点电位权重项，即可满足NPC三电平逆变器的运行要求，但同时也增加了权重系数整定复杂的问题，而且由于三电平基本电压矢量较多，如图2所示，遍历全部基本电压矢量，会增加计算负担，影响控制***的动态性能，不能及时跟踪***的动态变化，会对***造成不良的影响，甚至损坏***。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有良好动态响应特性，利用逆变器本身特性的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，包括如下步骤：

1)利用位置传感器对电机转子位置角θ进行采样，并对采样的位置角计算，得到电机转子电角速度ω_e和电机转速n；将电机给定转速n^ref与计算得到的电机转速n做差，并将所得到的转速差值作为转速外环PI控制器的输入量，该PI控制器的输出量为电磁转矩参考值T_e ^ref；将永磁体磁链设为定子磁链参考值ψ_s ^ref，该参考值为恒定值；

2)通过传感器采集逆变器直流母线电压U_dc，以及永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，将三相定子电流由三相静止坐标系，即a-b-c坐标系，变换到两相同步旋转坐标系，即d-q坐标系，得到同步旋转坐标系中的定子电流d轴分量i_d和q轴分量i_q；

3)根据k时刻电机定子电流d轴与q轴分量i_d ^k、i_q ^k和电压矢量d轴与q轴分量u_d ^k、u_q ^k，以及k时刻电机转子电角速度ω_e ^k，得到k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1，k时刻和k+1时刻电机转子电角速度相等，所述的u_d ^k、u_q ^k是由k-1时刻施加在定子侧一个控制周期的电压矢量u^k，进行Park变换之后得到的；根据电流预测值i_d ^k+1和i_q ^k+1，计算k+1时刻的定子磁链d轴与q轴分量ψ_d ^k+1、ψ_q ^k+1以及电磁转矩T_e ^k+1；

其中，k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1是利用如下电机预测模型得到：

式中，R_s是定子电阻值，T_s为***控制周期，L_d、L_q为定子d轴和q轴电感，ψ_f为永磁体磁链，根据k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，从下式计算得到控制周期结束时，定子磁链在d轴和q轴的分量ψ_d ^k+1，ψ_q ^k+1：

已知电机极对数p，利用下式计算得到k+1时刻的定子磁链和电磁转矩ψ_s ^k+1，T_e ^k+1：

4)建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，利用x-y坐标系中的定子电压矢量来表示电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e的变化量，将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；

5)将k+1时刻电磁转矩T_e ^k+1与电磁转矩参考值T_e ^ref以及k+1时刻定子磁链ψ_s ^k+1与定子磁链参考值ψ_s ^ref，分别作为转矩滞环比较器和磁链滞环比较器的输入；根据滞环比较器的输出，将电磁转矩变化量ΔT_e与定子磁链变化量Δψ_s的组合分为四种情况：

a)ΔT_e＞0、Δψ_s＞0；

b)ΔT_e＞0、Δψ_s＜0；

c)ΔT_e＜0、Δψ_s＜0；

d)ΔT_e＜0、Δψ_s＞0

再结合定子磁链矢量所在磁链扇区，选出四种情况下对应的第一备选电压矢量集，其中，定子磁链矢量所在磁链扇区是通过定子磁链矢量角θ_s进行判定；

6)依据直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差以及冗余矢量作用下逆变器中点电流方向，对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余矢量，得到第二备选电压矢量集；

7)将第二备选电压矢量集和k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1带入电机预测模型，预测出k+2时刻第二备选电压矢量集中不同电压矢量对应的定子磁链ψ_sN ^k+2和电磁转矩T_eN ^k+2，下标N为第二备选电压矢量集内基本电压矢量序号，带入价值函数进行计算，选出价值函数最小值对应的基本电压矢量，即为最优电压矢量；所述的价值函数g为：

g＝λ_ψ|ψ_s|^ref-|ψ_s|^k+2|+λ_T|T_e ^ref-T_e ^k+2 (4)

式中，λ_ψ为定子磁链权重项、λ_T为电磁转矩权重项；

8)根据所述的最优电压矢量，确定三电平逆变器对应的开关状态，从而确定当前时刻逆变器三相桥臂各功率器件的驱动信号，进而使逆变器输出对应的三相电压，并作用于电机。

本发明的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，通过磁链观测器对磁链观测，再通过转矩、磁链以及中点电位滞环控制器，对备选电压矢量进行筛选优化，选出最终备选矢量集，价值函数选出最优电压矢量，减少备选电压矢量的个数，快速控制转矩和磁链，维持转矩和磁链的稳定，来更好更快的控制电机，维持动态性能，同时平衡逆变器的中点电位、维持其平衡，具有良好动态响应特性。本发明解决了现有动态性能较差、计算负担较大、中点电位不平衡等问题，与已有方法相比算法简单，计算速度快，动态性能良好。

附图说明

图1是中点箝位型(NPC)三电平逆变器的主电路拓扑结构图；

图2是中点箝位型(NPC)三电平逆变器的空间矢量图；

图3是中点箝位型(NPC)三电平逆变器有限集预测的控制框图；

图4是在x-y坐标系下转矩、磁链增量示意图；

图5a是满足ΔT_e＞0、Δψ_s＞0的电压矢量所在扇区；

图5b是满足ΔT_e＞0，Δψ_s＜0的电压矢量所在扇区；

图5c是满足ΔT_e＜0，Δψ_s＜0的电压矢量所在扇区；

图5d是满足ΔT_e＜0，Δψ_s＞0的电压矢量所在扇区；

图6是小矢量POO状态下中点电流示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法做出详细说明。

本发明的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，通过对定子磁链信息(定子磁链位置角和所处扇区)的观测，进而根据转矩和磁链的变化量，通过滞环控制器，对所有基本电压矢量，进行筛选，筛选过后得到第一备选电压矢量集，再通过中点电位滞环去掉产生中点电位偏移的小矢量，得到第二备选矢量集，最后带入价值函数中进行选最优矢量，来解决现有中点电位有偏移，动态性能较差、算法复杂等问题。

如图3所示，本发明的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，包括如下步骤：

1)利用位置传感器对电机转子位置角θ进行采样，并对采样的位置角计算，得到电机转子电角速度ω_e和电机转速n；将电机给定转速n^ref与计算得到的电机转速n做差，并将所得到的转速差值作为转速外环PI控制器的输入量，该PI控制器的输出量为电磁转矩参考值T_e ^ref；将永磁体磁链设为定子磁链参考值ψ_s ^ref，该参考值为恒定值；

2)通过传感器采集逆变器直流母线电压U_dc，以及永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，将三相定子电流由三相静止坐标系，即a-b-c坐标系，变换到两相同步旋转坐标系，即d-q坐标系，得到同步旋转坐标系中的定子电流d轴分量i_d和q轴分量i_q，变换矩阵表示为：

式中θ_e是电角度，θ_e＝p*θ，p为电机极对数；

3)根据k时刻电机定子电流d轴与q轴分量i_d ^k、i_q ^k和电压矢量d轴与q轴分量u_d ^k、u_q ^k(k-1时刻施加在定子侧一个控制周期的电压矢量u^k，进行Park变换之后得到)，以及k时刻电机转子电角速度ω_e ^k，得到k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1，k时刻和k+1时刻电机转子电角速度相等；根据电流预测值i_d ^k+1和i_q ^k+1，计算k+1时刻的定子磁链d轴与q轴分量ψ_d ^k+1、ψ_q ^k+1以及电磁转矩T_e ^k+1；

其中，k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1是利用如下电机预测模型得到：

式中，u_d ^k和u_q ^k是定子电压矢量u^k在d轴和q轴上的分量，R_s是定子电阻值，T_s为***控制周期，L_d、L_q为定子d轴和q轴电感，ψ_f为永磁体磁链，根据k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，从下式计算得到控制周期结束时，定子磁链在d轴和q轴的分量ψ_d ^k+1，ψ_q ^k+1；

已知电机极对数p，利用下式计算得到k+1时刻的定子磁链和电磁转矩ψ_s ^k+1，T_e ^k+1：

4)建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，利用x-y坐标系中的定子电压矢量来表示电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e的变化量，将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；其增量示意图如图4所示，其中，

(1)所述的将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，具体是建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，变换关系为：

其中θ_s＝θ_e+δ，θ_e是电角度，δ为负载角，负载角定义为定子磁链d轴分量ψ_d与q轴分量ψ_q的夹角，所以定子电压矢量方程改写为：

其中，u_sx、u_sy分别是定子电压在x-y坐标系上的分量，i_sx，i_sy依次是定子电流在x-y坐标系上的分量，ψ_sx，ψ_sy是定子磁链在x-y坐标系上的分量，R_s为定子电阻。

(2)所述的将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定。

忽略定子电阻的影响，通过电机的数学模型，利用前馈欧拉公式，来表达定子磁链ψ_s ^k+1得到：

其中，ψ_s ^k+1，ψ_s ^k分别是k+1和k时刻的定子磁链，再将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导得：

上式中，L_s为定子电感，δ^k+1和δ^k分别为k+1和k时刻的负载角，u_sx ^k+1、u_sx ^k分别为k+1和k时刻的定子电压x轴分量，i_sx ^k+1、i_sx ^k分别为k+1和k时刻的定子电流x轴分量，单位控制周期T_s内，转子磁链角不变即θ_r ^k+1＝θ_r ^k，选定基本电压矢量作用于电机，得：

θ_s ^k+1-θ_r ^k+1-θ_s ^k+θ_r ^k＝Δθ_s (10)

Δθ_s表示定子磁链从k到k+1时刻的角度变化量；

定子磁链y轴分量在单位控制周期内的增量表示为Δψ_y＝ψ_ssinΔθ_s≈ψ_sΔθ_s，ψ_sΔθ_s＝u_sy，所以转矩和磁链的变化量，以及k+1时刻的磁链和转矩表示为：

因此，可以看出转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定。

5)将k+1时刻电磁转矩T_e ^k+1与电磁转矩参考值T_e ^ref以及k+1时刻定子磁链ψ_s ^k+1与定子磁链参考值ψ_s ^ref，分别作为转矩滞环比较器和磁链滞环比较器的输入；根据滞环比较器的输出，将电磁转矩变化量ΔT_e与定子磁链变化量Δψ_s的组合分为四种情况：

a)ΔT_e＞0、Δψ_s＞0；

b)ΔT_e＞0、Δψ_s＜0；

c)ΔT_e＜0、Δψ_s＜0；

d)ΔT_e＜0、Δψ_s＞0

再结合定子磁链矢量所在磁链扇区，选出四种情况下对应的第一备选电压矢量集，其中，定子磁链矢量所在磁链扇区是通过定子磁链矢量角θ_s进行判定；

所述的磁链扇区是在空间矢量平面的基础上，如图2所示，以a轴为基准，π/6为间隔，将空间矢量平面按逆时针方向分为12个磁链扇区；判断出磁链所处磁链扇区后，再以磁链所在直线及垂直于磁链的方向为边界，将空间矢量平面划分为4个电压矢量扇区，并从磁链位置起逆时针依次排序，每个电压矢量扇区内包含有8个待选电压矢量，如图5所示，其中：

第1电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＞0，Δψ_s＞0

第2电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＞0，Δψ_s＜0

第3电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＜0，Δψ_s＜0

第4电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＜0，Δψ_s＞0。

已知定子磁链所处磁链扇区，划分好电压矢量扇区，根据转矩滞环比较器和磁链滞环比较器输出的四种转矩磁链变化量，选择对应的电压矢量扇区，构造第一备选电压矢量集。

6)依据直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差(即中点电位偏移)以及冗余矢量作用下逆变器中点电流方向，对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余矢量，得到第二备选电压矢量集；

所述的对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余小矢量，得到第二备选电压矢量集。在三电平逆变器拓扑结构中，每相桥臂上的四个功率开关管分别为S_n1、S_n2、S_n3和S_n4，n∈{A，B，C}。根据每相开关管的开关状态组合，三电平逆变器可以输出以下三种电平，以A相为例：当S_A1和S_A2导通、S_A3和S_A4关断时，A相负载直接与逆变器直流母线正端P连接，A相输出电压为V_dc/2，输出电平状态记为“P”或“1”；当S_A2和S_A3导通、S_A1和S_A4关断时，箝位二极管将A相输出电平箝位在电容中点O点上，此时A相输出电压为0，输出电平状态记为“O”或“0”；S_A3和S_A4导通、S_A1和S_A2关断时，A相负载直接与逆变器直流母线负端N连接，输出电压为-V_dc/2，输出电平状态记为“N”或“-1”。这些基本电压矢量按幅值大小的不同可以划分为四类：大矢量、中矢量、小矢量以及零矢量。形成如附图2所示的空间矢量。冗余的两个小矢量具有相同的幅值和方向，对于负载的作用效果相同，但是对中点电压差作用相反，设上电容电压U_C1与下电容电压U_C2间的电压差v_o为中点电压差，当冗余的两个小矢量作用时，一相电流流入或流出中点，产生中点电流i_o，也为相电流，规定相电流正方向为流向负载侧，中点电流正方向为流出中点方向，当v_o>0时，即上电容电压大，选择使中点电流与相电流相反，相电流流向负载侧，上电容C₁放电，下电容C₂充电的一个冗余小矢量保住，剔除另一个冗余小矢量；v_o<0时，即下电容电压大，选择使中点电流与相电流相同，相电流流向负载侧，上电容C₁充电，下电容C₂放电的一个冗余小矢量保住，剔除另一个冗余小矢量；例如图6所示小矢量POO对应的电流回路。从第一备选电压矢量集剔除1个或2个小矢量，构成第二备选电压矢量集。

7)将第二备选电压矢量集和k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1带入电机预测模型，预测出k+2时刻第二备选电压矢量集中不同电压矢量对应的定子磁链ψ_sN ^k+2和电磁转矩T_eN ^k+2，下标N为第二备选电压矢量集内基本电压矢量序号，带入价值函数进行计算，选出价值函数最小值对应的基本电压矢量，即为最优电压矢量；所述的价值函数g为：

g＝λ_ψ|ψ_s|^ref-|ψ_s|^k+2|+λ_T|T_e ^ref-T_e ^k+2 (13)

式中，λ_ψ为定子磁链权重项、λ_T为电磁转矩权重项；

8)根据所述的最优电压矢量，确定三电平逆变器对应的开关状态，从而确定当前时刻逆变器三相桥臂各功率器件的驱动信号，进而使逆变器输出对应的三相电压，并作用于电机。

Claims (6)

1.一种三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用位置传感器对电机转子位置角θ进行采样，并对采样的位置角计算，得到电机转子电角速度ω_e和电机转速n；将电机给定转速n^ref与计算得到的电机转速n做差，并将所得到的转速差值作为转速外环PI控制器的输入量，该PI控制器的输出量为电磁转矩参考值T_e ^ref；将永磁体磁链设为定子磁链参考值ψ_s ^ref，该参考值为恒定值；

2)通过传感器采集逆变器直流母线电压U_dc，以及永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，将三相定子电流由三相静止坐标系，即a-b-c坐标系，变换到两相同步旋转坐标系，即d-q坐标系，得到同步旋转坐标系中的定子电流d轴分量i_d和q轴分量i_q；

3)根据k时刻电机定子电流d轴与q轴分量i_d ^k、i_q ^k和电压矢量d轴与q轴分量u_d ^k、u_q ^k，以及k时刻电机转子电角速度ω_e ^k，得到k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1，k时刻和k+1时刻电机转子电角速度相等，所述的u_d ^k、u_q ^k是由k-1时刻施加在定子侧一个控制周期的电压矢量u^k，进行Park变换之后得到的；根据电流预测值i_d ^k+1和i_q ^k+1，计算k+1时刻的定子磁链d轴与q轴分量ψ_d ^k+1、ψ_q ^k+1以及电磁转矩T_e ^k+1；

其中，k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1是利用如下电机预测模型得到：

式中，R_s是定子电阻值，T_s为***控制周期，L_d、L_q为定子d轴和q轴电感，ψ_f为永磁体磁链，根据k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，从下式计算得到控制周期结束时，定子磁链在d轴和q轴的分量ψ_d ^k+1，ψ_q ^k+1：

已知电机极对数p，利用下式计算得到k+1时刻的定子磁链和电磁转矩ψ_s ^k+1，T_e ^k+1：

4)建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，利用x-y坐标系中的定子电压矢量来表示电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e的变化量，将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；

5)将k+1时刻电磁转矩T_e ^k+1与电磁转矩参考值T_e ^ref以及k+1时刻定子磁链ψ_s ^k+1与定子磁链参考值ψ_s ^ref，分别作为转矩滞环比较器和磁链滞环比较器的输入；根据滞环比较器的输出，将电磁转矩变化量ΔT_e与定子磁链变化量Δψ_s的组合分为四种情况：

a)ΔT_e＞0、Δψ_s＞0；

b)ΔT_e＞0、Δψ_s＜0；

c)ΔT_e＜0、Δψ_s＜0；

d)ΔT_e＜0、Δψ_s＞0

再结合定子磁链矢量所在磁链扇区，选出四种情况下对应的第一备选电压矢量集，其中，定子磁链矢量所在磁链扇区是通过定子磁链矢量角θ_s进行判定；

6)依据直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差以及冗余矢量作用下逆变器中点电流方向，对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余矢量，得到第二备选电压矢量集；

7)将第二备选电压矢量集和k+1时刻d轴和q轴电流的预测值i_d ^k+1、i_q ^k+1，以及k+1时刻电机转子电角速度ω_e ^k+1带入电机预测模型，预测出k+2时刻第二备选电压矢量集中不同电压矢量对应的定子磁链ψ_sN ^k+2和电磁转矩T_eN ^k+2，下标N为第二备选电压矢量集内基本电压矢量序号，带入价值函数进行计算，选出价值函数最小值对应的基本电压矢量，即为最优电压矢量；所述的价值函数g为：

式中，λ_ψ为定子磁链权重项、λ_T为电磁转矩权重项；

8)根据所述的最优电压矢量，确定三电平逆变器对应的开关状态，从而确定当前时刻逆变器三相桥臂各功率器件的驱动信号，进而使逆变器输出对应的三相电压，并作用于电机。

2.根据权利要求1所述的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，步骤4)中所述的将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，具体是建立以定子磁链为基准的x-y坐标系，将a-b-c坐标系中的定子电压矢量方程变换到x-y坐标系中，变换关系为：

其中θ_s＝θ_e+δ，θ_e是电角度，δ为负载角，所以定子电压矢量方程改写为：

其中，u_sx、u_sy分别是定子电压在x-y坐标系上的分量，i_sx，i_sy依次是定子电流在x-y坐标系上的分量，ψ_sx，ψ_sy是定子磁链在x-y坐标系上的分量，R_s为定子电阻。

3.根据权利要求1所述的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，步骤4)中所述的将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导，由求导之后的公式得：磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定；转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定。

忽略定子电阻的影响，通过电机的数学模型，利用前馈欧拉公式，来表达定子磁链ψ_s ^k+1得到：

其中，ψ_s ^k+1，ψ_s ^k分别是k+1和k时刻的定子磁链，再将电机定子磁链ψ_s和电磁转矩T_e对时间求导得：

上式中，L_s为定子电感，δ^k+1和δ分别为k+1和k时刻的负载角，u_sx ^k+1、u_sx ^k分别为k+1和k时刻的定子电压x轴分量，i_sx ^k+1、i_sx ^k分别为k+1和k时刻的定子电流x轴分量，单位控制周期T_s内，转子磁链角不变即θ_r ^k+1＝θ_r ^k，选定基本电压矢量作用于电机，得：

θ_s ^k+1-θ_r ^k+1-θ_s ^k+θ_r ^k＝Δθ_s (10)

Δθ_s表示定子磁链从k到k+1时刻的角度变化量；

定子磁链y轴分量在单位控制周期内的增量表示为Δψ_y＝ψ_ssinΔθ_s≈ψ_sΔθ_s，ψ_sΔθ_s＝u_sy，所以转矩和磁链的变化量，以及k+1时刻的磁链和转矩表示为：

因此，可以看出转矩变化量由定子电压y轴分量u_sy的变化量决定；磁链变化量由定子电压x轴分量u_sx的变化量决定。

4.根据权利要求1所述的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，步骤5)所述的磁链扇区是以a轴为基准，π/6为间隔，将空间矢量平面按逆时针方向分为12个磁链扇区；判断出磁链所处磁链扇区后，再以磁链所在直线及垂直于磁链的方向为边界，将空间矢量平面划分为4个电压矢量扇区，并从磁链位置起逆时针依次排序，每个电压矢量扇区内包含有8个待选电压矢量，其中：

第1电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＞0，Δψ_s＞0

第2电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＞0，Δψ_s＜0

第3电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＜0，Δψ_s＜0

第4电压矢量扇区内电压矢量满足：ΔT_e＜0，Δψ_s＞0。

5.根据权利要求4所述的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，已知定子磁链所处磁链扇区，划分好电压矢量扇区，根据转矩滞环比较器和磁链滞环比较器输出的四种转矩磁链变化量，选择对应的电压矢量扇区，构造第一备选电压矢量集。

6.根据权利要求1所述的三电平逆变器驱动永磁同步电机***有限集预测控制方法，其特征在于，步骤6)所述的对第一备选电压矢量集进行优化，舍弃使直流侧上电容C₁与下电容C₂间的电压差增大的冗余小矢量，得到第二备选电压矢量集，是根据逆变器所形成的空间矢量中，冗余的两个小矢量具有相同的幅值和方向，对于负载的作用效果相同，但是对中点电压差作用相反，设上电容电压U_C1与下电容电压U_C2间的电压差v_o为中点电压差，当冗余的两个小矢量作用时，一相电流流入或流出中点，产生中点电流i_o，也为相电流，规定相电流正方向为流向负载侧，中点电流正方向为流出中点方向，当v_o>0时，即上电容电压大，选择使中点电流与相电流相反，相电流流向负载侧，上电容C₁放电，下电容C₂充电的一个冗余小矢量保住，剔除另一个冗余小矢量；v_o<0时，即下电容电压大，选择使中点电流与相电流相同，相电流流向负载侧，上电容C₁充电，下电容C₂放电的一个冗余小矢量保住，剔除另一个冗余小矢量；从第一备选电压矢量集剔除1个或2个小矢量，构成第二备选电压矢量集。

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