本发明适用于电机驱动，具体的，涉及一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法。
背景技术：
1、通过模型预测控制具有灵活、简单、闭环响应快、有效约束非线性变量等优点，在感应电机驱动领域得到了广泛的应用。相较于传统的模型预测直接转矩控制，模型预测磁链控制的代价函数中不包含权重系数，仅需预测不同电压矢量下的定子磁链，具有较小的计算负担。然而，传统模型预测磁链控制方法的稳态性能较差，控制信号的开关频率不固定，在参考值发生突变时可能带来过调制现象，从而影响感应电机的控制性能。
2、为解决稳态性能较差的问题，现有技术提出增加虚拟电压矢量、双矢量和三矢量方法。增加虚拟电压矢量会带来计算负担的增加；双矢量方法需要利用代价函数评估不同开关组合，导致较大的计算负担；三矢量方法往往通过分解参考电压矢量，导致计算过程复杂。为了应对感应电机在参考值发生突变时可能存在的过调制现象，现有技术还提出一些过调制策略，利用几何关系进一步优化了过调制区域的计算，但是在控制算法中采用三角函数，仍然增加了计算负担。可见，现有技术中，传统模型预测磁链控制存在稳态性能差、过调制策略复杂的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对传统模型预测磁链控制存在稳态性能差、过调制策略复杂的问题，提出一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链，根据定转子磁链计算等效电压矢量误差，并结合筛选出的非零电压矢量计算对应非零电压矢量的占空比，并根据占空比进行限幅调整，从而得到感应电机的三相控制信号的占空比，最终根据三相控制信号的占空比生成脉冲控制信号对感应电机的三相进行控制。本技术相对现有技术的过调制控制方式，所提出的整体控制策略更简单，且计算量更低，在过调制区时表现出良好的控制性能；相较于现有的感应电机模型预测磁链控制，本技术提出的控制策略具有更低的定子磁链，能够减小计算负担。
2、第一方面，本发明提供的一种技术方案是：一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，包括以下步骤：
3、通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链；
4、基于感应电机的数学模型对所述定转子磁链进行计算，确定等效电压矢量误差；
5、根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量，通过代价函数计算对应所述非零电压矢量的占空比；
6、根据所述非零电压矢量的占空比进行限幅，确定感应电机的三相控制信号的占空比，根据所述三相控制信号的占空比生成脉冲控制信号进行控制。
7、进一步地，在所述通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链的步骤之前，还包括：
8、获取感应电机的预测数据，所述预测数据包括定子三相电流；
9、通过坐标转换，将所述定子三相电流转换为两相坐标下的所述定子电流矢量。
10、进一步地，所述预测数据还包括转子转速，所述通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链，包括：
11、根据所述定子电流矢量、转子转速以及上一控制周期的最优电压矢量，通过所述闭环全阶磁链观测器进行估计，确定所述定转子磁链，所述定转子磁链包括定子磁链与转子磁链，其中，所述闭环全阶磁链观测器的估测公式如下：
12、
13、
14、
15、式中，为待估计的定子电流和定子磁链，为待估计的转子磁链，vold为上一控制周期的最优电压矢量，p为感应电机的极对数，rs和rr分别为定子电阻和转子电阻，lm、lr、ls分别为互感、转子电感、定子电感，λ＝1/(lslr-lm2)，b为观测器的增益系数且为负数，ts为周期，和分别为k+1和k时刻的变量。
16、进一步地，所述基于感应电机的数学模型对所述定转子磁链进行计算，确定等效电压矢量误差，包括：
17、根据参考转速与所述转子转速计算参考转矩；
18、根据参考定子磁链矢量、转子磁链的角度、参考定子磁链幅值、所述转子磁链和所述参考转矩进行参考值转换，得到参考定子磁链矢量；
19、根据所述参考定子磁链矢量、定子磁链以及定子电流计算所述等效电压矢量误差；
20、其中，所述参考定子磁链矢量计算公式如下：
21、
22、
23、所述等效电压矢量误差的计算公式如下：
24、δveq(k+1)＝ψs*-ψs(k+1)+rstsis(k+1)
25、其中，ψs*为参考定子磁链矢量，|ψs*|为参考定子磁链幅值，∠ψs*为参考定子磁链矢量的角度，∠ψr(k+1)为待估计的转子磁链的角度。
26、进一步地，在所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量之前，还包括：选取生成所述最优电压矢量的两个非零电压矢量。
27、进一步地，所述选取生成所述最优电压矢量的两个非零电压矢量，包括：
28、根据所述定子电流、定子磁链以及感应电机的极对数确定电磁转矩；
29、根据所述参考转矩和所述电磁转矩确定转矩差值；
30、根据所述定子磁链确定所述定子磁链的角度；
31、根据所述转矩差值和所述定子磁链的角度，确定生成所述最优电压矢量的两个非零电压矢量；其中，所述电磁转矩te(k+1)的计算公式如下：
32、
33、所述定子磁链的角度θ的计算公式如下：
34、θ＝arctan(ψsβ(k+1)/ψsα(k+1))
35、其中，ψsα(k+1)和ψsβ(k+1)分别为ψs(k+1)的实部和虚部；
36、所述转矩差值δte的计算公式如下：
37、δte＝te*-te(k+1)。
38、进一步地，所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量，通过代价函数计算对应所述非零电压矢量的占空比，包括：
39、根据所述等效电压矢量误差以及对应所述最优电压矢量的两个非零电压矢量，构建所述代价函数，所述代价函数如下：
40、j＝|δveq(k+1)-ts(n1vm+n2vn)|2
41、其中，vm与vn为非零电压矢量；
42、以所述代价函数的误差最小为目标，根据所述代价函数的变量求解极小值，得到两个非零电压矢量的占空比；
43、计算所述非零电压矢量的公式如下：
44、
45、其中，vm与vn为两个非零电压矢量，n1和n2为对应两个所述非零电压矢量的占空比。
46、进一步地，所述根据所述非零电压矢量的占空比进行限幅，确定感应电机的三相控制信号的占空比，根据所述三相控制信号的占空比生成脉冲控制信号进行控制，包括：
47、根据所述非零电压矢量的占空比判断当前是否处于过调制区；
48、若处于所述过调制区，则根据限幅条件对所述非零电压矢量的占空比进行限幅，计算所述感应电机的三相控制信号的占空比；
49、其中，所述限幅条件如下：
50、
51、其中，m1和m2分别表示n1和n2中的较大值和较小值；
52、计算所述感应电机的三相控制信号的占空比的公式如下：
53、n0＝1-n1-n2
54、
55、其中，n0为零矢量占空比，mk为三相控制信号的占空比，a、b和c表示感应电机的三相；将载波与所述感应电机的三相控制信号的占空比进行比较，生成所述脉冲控制信号，其中，所述脉冲控制信号具有固定开关频率。
56、进一步地，在所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量，通过代价函数计算对应所述非零电压矢量的占空比的步骤之后，所述方法还包括：
57、根据两个所述非零电压矢量、两个所述非零电压矢量的占空比以及上一时刻的定子磁链，确定下一时刻的定子磁链，计算公式为：ψs(k+2)＝ψs(k+1)-rstsis(k+1)+ts(n1vm+n2vn)。
58、进一步地，在所述对所述过调制区进行限幅的步骤之后，所述方法还包括：
59、根据两个所述非零电压矢量以及两个所述非零电压矢量的占空比计算下一控制周期的最优电压矢量，计算公式为：vopt＝n1vm+n2vn。
60、本发明所达到的有益效果：本技术通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链，根据定转子磁链计算等效电压矢量误差，并结合筛选出的非零电压矢量计算对应非零电压矢量的占空比，并根据占空比进行限幅调整，从而得到感应电机的三相控制信号的占空比，最终根据三相控制信号的占空比生成脉冲控制信号对感应电机的三相进行控制。相对现有技术的过调制控制方式，本技术提出的整体控制策略更简单，且计算量更低，在过调制区时表现出良好的控制性能；相较于现有的感应电机模型预测磁链控制，本技术提出的控制策略具有更低的定子磁链，能够减小计算负担。
61、上述
技术实现要素：
仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
1.一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，在所述通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链的步骤之前，还包括：
3.如权利要求2所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，所述预测数据还包括转子转速，其特征在于，所述通过闭环全阶磁链观测器对定子电流矢量进行估计，确定定转子磁链，包括：
4.如权利要求1所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，所述基于感应电机的数学模型对所述定转子磁链进行计算，确定等效电压矢量误差，包括：根据参考转速与所述转子转速计算参考转矩；
5.如权利要求1所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，在所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量之前，还包括：选取生成所述最优电压矢量的两个非零电压矢量。
6.如权利要求5所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，所述选取生成所述最优电压矢量的两个非零电压矢量，包括：
7.如权利要求6所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量，通过代价函数计算对应所述非零电压矢量的占空比，包括：
8.如权利要求7所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，所述根据所述非零电压矢量的占空比进行限幅，确定感应电机的三相控制信号的占空比，根据所述三相控制信号的占空比生成脉冲控制信号进行控制，包括：
9.如权利要求7所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，在所述根据所述等效电压矢量误差以及筛选出的非零电压矢量，通过代价函数计算对应所述非零电压矢量的占空比的步骤之后，所述方法还包括：
10.如权利要求7所述的一种基于过调制策略的感应电机模型预测磁链控制方法，其特征在于，在所述对所述过调制区进行限幅的步骤之后，所述方法还包括：
