1.一种计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

ref

步骤1：通过外环转速PI控制器得到电磁转矩的参考值Te ；

步骤2：获取永磁同步电机的电角度θr和电角速度ωr，并将三相定子电流ia、ib、ic通过Clark及Park变换得到定子电流dq轴的分量id和iq；

步骤3：获取k时刻磁链测量值ψs(k)与d轴的夹角δ(k)以及ψs(k)与k+1时刻磁链参考值之间的增量角Δδ(k+1)；

ref ref

步骤4：获取k+1时刻磁链参考值dq轴的分量ψd (k+1)和ψq (k+1)；

步骤5：对备选电压矢量进行筛选，并获取k+1时刻磁链预测值dq轴的分量ψd(k+1)和ψq(k+1)；

步骤6：通过最小化价值函数获取最优作用矢量，并以k+1时刻磁链预测值达到参考值为条件通过优化占空比获取第二作用矢量；

步骤7：通过中点电位平衡获取驱动逆变器的最优开关状态；

所述步骤3包括如下具体步骤：

首先，通过公式(5)获取k时刻dq轴的磁链分量ψd(k)和ψq(k)；然后，通过公式(6)获取k时刻αβ轴的磁链分量ψα(k)和ψβ(k)；再通过公式(7)获取k时刻磁链测量值ψs(k)与α轴的夹角θs；之后，通过公式(8)获取k时刻磁链测量值ψs(k)与d轴的夹角δ(k)；将公式(9)所示的dq轴定子磁链方程代入公式(10)所示的电磁转矩Te方程后对δ求导，得到公式(11)所示的转矩微分方程；根据公式(11)推导出公式(12)所示的增量角Δδ(k+1)方程：δ(k)＝θs‑θr                       (8)k k

其中，Ld、Lq分别是dq轴电感分量；ψf表示永磁体磁链；id、iq为k时刻定子电流的dq轴分量；np表示永磁同步电机极对数；Te(k)表示k时刻电磁转矩测量值；dTe(k)/dδ(k)表示k时刻转矩Te(k)对δ(k)角的导数；

所述步骤5包括如下具体步骤：

ref ref

步骤5‑1：根据公式(15)得到k+1时刻参考电压矢量us 在αβ轴的分量usα (k+1)和ref

usβ (k+1)：

ref

其中，Ts为采样时间；Rs为定子电阻； 为k时刻定子电流的αβ轴分量测量值；ψs 表示定子磁链的参考值；

ref ref

步骤5‑2：根据公式(16)和公式(17)获得k+1时刻参考电压矢量us 与α轴的夹角θs (kref ref ref

+1)；根据θs 的值判断出参考电压矢量us 所在扇区，当0<θs <π/6时，参考电压矢量位于ref ref

扇区1；当π/6<θs <π/3时，参考电压矢量位于扇区2；当π/3<θs <π/2时，参考电压矢量位于ref ref

扇区3；当π/2<θs <2π/3时，参考电压矢量位于扇区4；当2π/3<θs <5π/6时，参考电压矢量ref ref

位于扇区5；当5π/6<θs <π时，参考电压矢量位于扇区6；当π<θs <7π/6时，参考电压矢量位ref ref

于扇区7；当7π/6<θs <4π/3时，参考电压矢量位于扇区8；当4π/3<θs <3π/2时，参考电压矢ref ref

量位于扇区9；当3π/2<θs <5π/3时，参考电压矢量位于扇区10；当5π/3<θs <11π/6时，参考ref

电压矢量位于扇区11；当11π/6<θs <2π时，参考电压矢量位于扇区12；根据矢量就近原则，将参考电压矢量所在扇区内的基本矢量作为备选电压矢量，并将中点钳位式三电平逆变器备选电压矢量的数量减少至7个；由于零矢量在第二矢量作用时考虑，因此将备选电压矢量减少至4个；又考虑到正负小矢量的大小与方向相同，在中点电位平衡时考虑正小矢量，进一步将备选电压矢量减少至3个；

ref

其中，θ1 (k+1)为中间变量，范围是[0，π/2)；

步骤5‑3：令扇区号表示为d，d＝1,2,3……,12，在各扇区的基本空间矢量分布中引入虚拟斜率k1，k2和k3，定义逆时针方向为斜率的正方向，其中k1为小矢量的终点到中矢量中点位置的连线，与大矢量正方向的夹角为 k2为小矢量的终点到中矢量终点位置的连线，与大矢量正方向的夹角为 k3为中矢量的终点到大矢量终点位置的连线，与大矢量正方向的夹角为 然后，根据虚拟斜率所在扇区d的空间位置，确定各扇区的三个小扇区的判别条件：k1正方向的左侧为小扇区①，k2正方向的右侧为小扇区③，k1和k2之间为小扇ref

区②；最后，判断参考电压矢量us 所在小扇区位置，确定扇区d的备选电压矢量中小扇区所包含的矢量作为最终的备选电压矢量；

步骤5‑4：根据步骤5‑3中筛选出的备选矢量通过公式(19)、(20)、(21)、(22)得到k+1时刻dq轴磁链预测值ψd(k+1)和ψq(k+1)：其中， 为k时刻定子电压在αβ轴上的分量； 为k时刻转子电角度； 表示kk

时刻dq轴的电压分量； 表示k时刻三相定子电压， ub＝(Sb‑1)Udc/k k+1 k+1

2，uc＝(Sc‑1)Udc/2；Sa、Sb、Sc为ABC三相的开关状态，Si＝[0 1 2]，i＝a，b，c；id 、iq 表示k+1时刻dq轴的电流预测值；

所述步骤6包括如下具体步骤：

ref ref

首先，将步骤4和步骤5中所获取的k+1时刻磁链参考值dq轴的分量ψd (k+1)、ψq (k+

1)和k+1时刻磁链预测值dq轴的分量ψd(k+1)、ψq(k+1)通过公式(23)所示的价值函数，从步骤5的步骤5‑3筛选出的备选矢量中获取使价值函数(23)最小的最优作用矢量；然后，通过优化占空比获取第二作用矢量包括如下具体步骤：步骤6‑1：根据公式(24)计算零矢量的作用斜率S0，再将最优作用矢量通过公式(19)和公式(20)获取最优电压矢量uopt的q轴分量，然后代入公式(25)获得最优作用矢量的作用斜率Sopt；

步骤6‑2：根据公式(26)获得最优矢量作用时间topt，若topt在0和Ts之间，则使用零矢量作为第二矢量，分配两个矢量的作用时间并结束计算，否则根据扇区内其他备选电压矢量所对应的基本电压矢量uj的q轴分量获得uj的作用斜率Sj；

步骤6‑3：将公式(26)中的S0替换为Sj，计算最优矢量作用时间topt并判断是否在0和Ts之间，如果满足条件则挑选作用斜率Sj对应的电压矢量作为第二矢量，分配两个矢量的作用时间并结束计算，如果不满足条件，判断是否j>1，如果j不大于1则使j＝2继续执行步骤

6‑3，如果j>1则判断topt的值，当topt>Ts则使最优矢量作用整个采样周期，当topt<0则使零矢量作用整个采样周期；

k

其中，i＝1，2，3；uopt_q表示k时刻最优矢量作用下的q轴电压。

2.根据权利要求1所述的计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤1包括如下具体步骤：将给定速度与实际速度的偏差Δe输入外环转速PI控制器，根据公式(1)获得电磁转矩ref

的参考值Te ；

其中，kp和ki分别为外环转速PI控制器的比例增益和积分增益；s为复变量。

3.根据权利要求1所述的计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤2包括如下具体步骤：从编码器中获取永磁同步电机的电角度θr，再经公式(2)求得到电角速度ωr；再测量永磁同步电机的三相定子电流ia、ib、ic，经公式(3)的Clark变换后得到定子电流αβ轴的分量iα、iβ，再经公式(4)的Park变换后得到定子电流的dq轴分量id、iq；

4.根据权利要求1所述的计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤4包括如下具体步骤：ref

首先，根据公式(13)得到k+1时刻的磁链参考角δ ；将公式(13)代入公式(14)得到k+1ref ref

时刻磁链参考值dq轴的分量ψd (k+1)和ψq (k+1)：ref

δ ＝δ(k)+△δ(k+1)                     (13)ref

其中，ψs 表示定子磁链的参考值。

5.根据权利要求1所述的计及矢量分区的三电平永磁同步电机模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤7包括如下具体步骤：首先根据步骤6获取最优矢量和第二作用矢量的开关状态，并分别判断最优矢量和第二作用矢量的开关状态是否为小矢量，若不是小矢量则不进行中点电位平衡，若为小矢量则判断当前中点电压U0的状态；然后，根据U0的状态选择要使用的小矢量，预先定义中点电压允许波动的范围W，当U0>|W|，采用负小矢量作为输出状态，当U0<‑|W|，采用正小矢量作为输出状态，否则不进行中点电位控制。