【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電機控制，具體涉及一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統及其控制方法。
技術介紹
1、當前電動汽車的電機驅動控制已取得了一定的研究成果，但仍存在諸多問題。為了適應電動汽車的運行工況，當電機低于基速運行時，通常使用mtpa控制來減少電機損耗；在轉速逐步提高，電機反電動勢也隨之增加，逆變器輸出電壓接近飽和，采用弱磁控制來進一步擴大電機的速度范圍；而隨著逆變器輸出電壓達到飽和，為了在超高轉速下保持一定的轉矩輸出能力，采用mtpv控制。基于此，從mtpa控制到弱磁控制到mtpv控制，是目前電動汽車電機驅動控制領域的研究熱點。
2、傳統的基于查找表（lut）的離線計算方法是目前業界是業界最流行和廣泛使用的方法，其中mtpa軌跡、mtpv軌跡和所有弱磁工作點都是離線預先計算的；在電機的在線控制實現中，根據輸入轉矩命令和磁通限制，從lut中獲得d軸和q軸電流參考值，并將其加載到電動汽車的車載計算系統中。但這種方法需要大量存儲空間來保存查找表；此外，查找表的大小和插值方法會影響控制精度，固定的查找表無法應對由于電機部件差異及時間變化引起的電機參數不確定性。而對于在線計算的方法，由于需要考慮模式之間的電機操作，通常具有十分復雜的結構，并且其收斂不良和計算負擔會影響控制精度和系統穩定性。
3、對此，基于機器學習的控制方法能夠很好解決上述常規方法的不足，采用神經網絡實現離線訓練、在線實施，能較完美克服離線計算和在線計算的缺點，同時繼承兩者的優點。然而，目前對神經網絡在永磁同步電機中的應用的研究仍存在許多缺陷。《可
4、此外，為適應電動汽車電驅動系統驅動電機全速域范圍內的調速，通常需要采用較高的開關頻率，這就造成了較高的開關損耗，為此，傳統的基于igbt的逆變器驅動方式需要得到改變。
技術實現思路
1、針對上述
技術介紹
中現有技術的不足，本專利技術提出了一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統及其控制方法，基于神經網絡實現對最佳的dq軸參考電流工作點的準確尋跡，實現mtpa、弱磁控制、mtpv三種運行模式的精確控制。
2、實現本專利技術目的的技術解決方案為：
3、一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，由轉矩限制模塊、全速域控制神經網絡模塊、電流控制模塊、坐標變換模塊-ⅰ、坐標變換模塊-ⅱ、坐標反變換模塊、svpwm模塊、sic?mosfet驅動模塊、全速域位置轉速觀測模塊、弱磁反饋模塊以及三相永磁同步電機構成；
4、所述轉矩限制模塊采用lstm神經網絡，確保提供給全速域控制神經網絡模塊的期望轉矩低于磁鏈極限下的最大允許轉矩命令，若期望轉矩超出限制范圍，則將其保持在磁鏈極限下的最大允許轉矩；所述lstm神經網絡為長短期記憶神經網絡；
5、所述全速域控制神經網絡模塊基于深度學習算法，采用結合變分自編碼器和多頭注意力機制的神經網絡，確保控制系統能實現對最佳的dq軸參考電流工作點的準確尋跡，在全速域范圍內實現mtpa、弱磁控制、mtpv三種運行模式的平滑切換與精確控制；所述mtpa為最大轉矩電流比控制，所述mtpv為最大轉矩電壓比控制；
6、所述sic?mosfet驅動模塊，包括三相全橋控制模塊和功率管驅動模塊；所述三相全橋控制模塊為永磁同步電機三相全橋逆變電路；所述功率管驅動模塊包含六個可變柵極電阻式門極驅動電路；所述可變柵極電阻式門極驅動電路包括：圖騰柱驅動器、開關s1和s2、開通電阻、關斷電阻、柵極電阻、4個窗口比較器以及兩個控制塊；所述sicmosfet為碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管；
7、所述坐標變換模塊-ⅰ內置一個坐標變換矩陣，用于實現clark變換以及park變換；
8、所述坐標變換模塊-ⅱ內置一個坐標變換矩陣，用于實現clark變換；
9、所述坐標反變換模塊內置一個坐標變換矩陣，用于實現park反變換；
10、所述全速域位置轉速觀測模塊由信息采集與預處理模塊、初始預測模塊、損失函數計算與構建模塊、優化求解模塊、估計模塊構成，采用無傳感器技術，基于一種改進移動視界估計算法估計轉子位置以及轉速。
11、進一步的，所述轉矩限制模塊采用lstm神經網絡模型，所述lstm神經網絡模型根據最大電流圓處的最大允許轉矩數據以及相對于不同磁鏈限制下的mtpv軌跡進行訓練；所述最大電流圓為dq軸電流平面內，在約束下，形成的軌跡圓曲線。
12、進一步的，所述全速域控制神經網絡模塊用于估計最佳的dq軸參考電流，實現dq軸電流工作點的精準尋跡；所述全速域控制神經網絡模塊包括變分自編碼器模塊、多頭注意力機制模塊、預測模塊；
13、所述全速域控制神經網絡模塊有兩個輸入特征和兩個輸出特征，輸入特征分別為期望轉矩和磁鏈極限，其中，根據逆變器直流電壓和電機轉子轉速計算得到，計算公式為；輸出特征分別為d軸參考電流和q軸參考電流；
14、輸入前的預處理如下：
15、步驟a1、對輸入特征進行歸一化處理如下：
16、，
17、其中，為歸一化后的期望轉矩，為歸一化后的磁鏈極限，和分別為期望轉矩的均值和標準差；和分別為磁鏈極限的均值和標準差；
18、步驟a2、構建輸入特征向量，；
19、所述變分自編碼器模塊采用編碼器-解碼器架構對輸入特征進行潛在空間表示學習：
20、步驟b1、編碼器將輸入特征向量映射到潛在空間的高斯分布，輸出均值和標準差本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述系統由轉矩限制模塊、全速域控制神經網絡模塊、電流控制模塊、坐標變換模塊-Ⅰ、坐標變換模塊-Ⅱ、坐標反變換模塊、SVPWM模塊、SiC?MOSFET驅動模塊、全速域位置轉速觀測模塊、弱磁反饋模塊以及三相永磁同步電機構成；
2.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述轉矩限制模塊采用LSTM神經網絡模型，所述LSTM神經網絡模型根據最大電流圓處的最大允許轉矩數據以及相對于不同磁鏈限制下的MTPV軌跡進行訓練；所述最大電流圓為dq軸電流平面內，在約束下，形成的軌跡圓曲線。
3.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述全速域控制神經網絡模塊用于估計最佳的dq軸參考電流，實現dq軸電流工作點的精準尋跡；所述全速域控制神經網絡模塊包括變分自編碼器模塊、多頭注意力機制模塊、預測模塊；
4.根據權利要求2所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述變分自編碼器模塊中的損失函數由重構損失和KL散度兩部分組成：>
5.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述SiC?MOSFET驅動模塊中，所述三相全橋控制模塊包含第一至第六功率管，其中，第一功率管、第三功率管、第五功率管的一端分別和三相繞組A、B、C對應相連，另一端均和直流母線的正極相連；第二功率管、第四功率管、第六功率管的一端分別和三相繞組A、B、C對應相連，另一端均和直流母線的負極相連；所述第一至第六功率管為SiC?MOSFET；
6.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述全速域位置轉速觀測模塊包括信息采集與預處理模塊、初始預測模塊、損失函數計算與構建模塊、優化求解模塊、估計模塊，采用一種改進移動視界估計算法估計轉子位置以及轉子轉速；
7.一種三相永磁同步電機全速域驅動控制方法，適用于權利要求?1-6?任意一項所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述方法步驟如下：
8.根據權利要求7所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制方法，其特征在于，所述步驟S5中的全速域控制神經網絡模塊在電機啟動前的離線狀態下需要對其中的神經網絡模型進行訓練，模型訓練的訓練數據由一系列包含輸入輸出的數據對的樣本組成，所述訓練數據的生成方法如下：
9.根據權利要求7所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制方法，其特征在于，所述步驟S3中使用全速域位置轉速觀測模塊觀測轉子位置以及轉子轉速，獲取轉子位置估計值和轉子轉速估計值的步驟如下：
10.根據權利要求7所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制方法，其特征在于，所述步驟S11中的SiC?MOSFET驅動模塊中，功率管驅動模塊負責控制三相全橋控制模塊中的六個功率管的導通與關斷，三相全橋控制模塊負責控制永磁同步電機三相繞組；
...【技術特征摘要】
1.一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述系統由轉矩限制模塊、全速域控制神經網絡模塊、電流控制模塊、坐標變換模塊-ⅰ、坐標變換模塊-ⅱ、坐標反變換模塊、svpwm模塊、sic?mosfet驅動模塊、全速域位置轉速觀測模塊、弱磁反饋模塊以及三相永磁同步電機構成；
2.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述轉矩限制模塊采用lstm神經網絡模型，所述lstm神經網絡模型根據最大電流圓處的最大允許轉矩數據以及相對于不同磁鏈限制下的mtpv軌跡進行訓練；所述最大電流圓為dq軸電流平面內，在約束下，形成的軌跡圓曲線。
3.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述全速域控制神經網絡模塊用于估計最佳的dq軸參考電流，實現dq軸電流工作點的精準尋跡；所述全速域控制神經網絡模塊包括變分自編碼器模塊、多頭注意力機制模塊、預測模塊；
4.根據權利要求2所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述變分自編碼器模塊中的損失函數由重構損失和kl散度兩部分組成：
5.根據權利要求1所述的一種三相永磁同步電機全速域驅動控制系統，其特征在于，所述sic?mosfet驅動模塊中，所述三相全橋控制模塊包含第一至第六功率管，其中，第一功率管、第三功率管、第五功率管的一端分別和三相繞組a、b、c對應相連，另一端均和直流母線的正極相連；第二功率管、第四功...
【專利技術屬性】
技術研發人員：章庭源，江慶民，陳樂天，毛世雄，牛基辰，盧崇俊，蔣雪峰，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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