一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种电机控制领域中的少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统及方法，对转速n和电流id、iq采用id＝0的双闭环矢量控制方法获得输出电压ud*和uq*，将给定的o轴电流i0*与o轴电流i0做差得到电流Δi0，并将Δi0输入至谐波抑制模块，谐波抑制模块计算得到零序电压输出u0*；将电压ud*、uq*及零序电压输出u0*、转子位置角θ共同输入到无零序电压SVPWM模块，驱动两台标准两电平逆变器，将两台两电平逆变器各连接中性点打开的少稀土永磁无刷电机的绕组两端；达到实时监测及反馈零序电流的目的，一次性消除反电势多次谐波对电机相电流造成的影响，既不需要针对多次谐波一一抑制，也不需要通过增加硬件来抑制多次谐波。

Zero rare earth permanent magnet motor zero sequence current suppression control system and method

The invention discloses a motor control motor less zero sequence current of rare earth permanent magnet in the field of control system and method for speed n and the current ID, IQ with id = 0 double closed-loop vector control method to obtain the output voltage of ud* and uq*, O and i0* axis current o axis current I0 given to do worse the current delta I0 and delta I0 input to the harmonic suppression module, harmonic suppression module to calculate the zero sequence voltage output voltage ud*, u0*; uq* and zero sequence voltage output u0* and rotor position angle of common input to zero sequence voltage SVPWM module, drive two standard two level inverter, two sets of two level inverter is connected to each open the small neutral point of rare earth permanent magnet winding brushless motor; real-time monitoring and feedback of zero sequence current, eliminate the impact of back EMF harmonics on motor phase current caused by the disposable, neither need needle For multiple harmonics suppression, there is no need to increase the hardware to suppress multiple harmonics.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种少稀土永磁电机的宽调速运行及零序电流抑制方法，特别适合于电动汽车等需要宽调速要求的应用场合。
技术介绍
车用驱动电机作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响混合动力汽车、电动汽车的整车性能。传统的车用驱动电机主要采用内置式稀土永磁无刷电机，具有高效率、高功率密度等优势。但受限于该类电机恒定的气隙磁场及有限的逆变器容量，电机调速范围较窄，在电动汽车等需要宽调速范围的运行场合受到一定限制。目前主要通过弱磁控制等控制手段来提高电机的转速运行范围，但深度弱磁区产生的较大的直轴去磁电流增加了该类电机中稀土磁钢的不可逆退磁危险。随着稀土材料价格的上涨、稀土资源日益稀缺，发展铝镍钴、铁氧体等少稀土、非稀土材料的永磁无刷电机，以缓解对稀土材料的依赖，对电动汽车、混合动力汽车等需要大量永磁无刷电机的领域具有战略意义。然而少稀土电机中加入的铁氧体材料由于矫顽力低，抗不可逆去磁能力弱，使用弱磁控制提高转速范围的危险更大。因而寻求一种可消除或缓解少稀土永磁无刷电机不可逆退磁风险，同时拓宽电机转速范围的控制策略，成为发展电动汽车用少稀土、非稀土电机亟待解决的问题。目前绕组开放式拓扑在感应电机、永磁无刷电机领域得到应用。绕组开放式结构是将电机中性点打开，两端各接一个逆变器。相较于传统的中性点连接的拓扑结构，在同样的直流供电电压条件下，绕组开放式拓扑可以获得更大的电压矢量，因而可以有效拓宽电机转速运行范围，具有电压利用率高、器件承受电压低、输出电压波形好、输出谐波小等优势。因此针对使用铁氧体与钕铁硼组合励磁的少稀土永磁无刷电机，使用绕组开放式拓扑可以延缓少稀土永磁电机进入弱磁区，有效缓解少稀土电机抗不可逆去磁能力弱的缺点。绕组开放式拓扑由于绕组两端各接一个逆变器，可以采用给两个逆变器独立供电的方案。然而独立供电需要更多的硬件成本和更大的体积，不符合电动汽车布局紧凑、低成本高性能的要求。少稀土组合励磁永磁无刷电机由于采用钕铁硼和铁氧体组合励磁，大大增加了磁路设计的难度，同时受限于加工工艺，电机旋转产生的相电势中不可避免产生3、9、15等3k次谐波。使用单直流源供电的绕组开放式拓扑时，3k次谐波将无法在电机系统内部消除而留在电机驱动系统中，产生的零序电流会造成电机振动，甚至损坏电机。中国专利号为201410145310.2，名称为“一种基于比例谐振控制的抑制共母线开绕组永磁电机零序电流的方法”的文献中所公开的零序电流抑制方法，考虑了绕组开放式永磁电机3次谐波对电机系统的影响，提出了使用比例谐振控制器抑制3次谐波的方法，得到了理想的电流波形。但这种方法只能抑制单次谐波，若要一体抑制多次谐波需要同时并联多个比例谐振调节器，算法复杂，失去了控制的意义。因此，如何一体抑制多次谐波，从而获得正弦的三相对称相电流，成为发展绕组开放式少稀土永磁无刷电机急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有技术存在的问题，提供一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统及方法，使用单一直流电源同时给两个逆变器供电的绕组开放式拓扑结构，在拓宽少稀土永磁无刷电机转速运行范围的同时，能够多谐波一体抑制电机零序电流。本专利技术一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统采用的技术方案是：控制器通过信号线连接位置传感器，母线电压传感器和电流传感器，电压传感器将检测母线电压udc，电流传感器检测三相相电流ia、ib、ic，控制器包含位置及速度计算模块、abc/dq0模块、无零序电压SVPWM模块、转速调节模块、d轴电流调节模块、q轴电流调节模块和谐波抑制模块；位置传感器输出端连接位置及速度计算模块输入端，位置及速度计算模块输出端分别连接谐波抑制模块和无零序电压SVPWM模块的输入端，位置及速度计算模块输出转子电角度θ和电机实时转速n，转子电角度θ输入无零序电压SVPWM模块，转速n输入谐波抑制模块；电压传感器输出端分别连接谐波抑制模块、q轴电流调节模块和d轴电流调节模块；电流传感器输出端连接abc/dq0模块输入端，abc/dq0模块输出d轴、q轴、0轴电流分别是id、iq、i0，对转速n和电流id、iq采用id＝0的双闭环矢量控制结构；将0轴电流i0与给定的0轴电流i0*作比较得到电流差值Δi0，将电流差值Δi0输入至谐波抑制模块，谐波抑制模块输出零序电压u0*且输出端连接无零序电压SVPWM模块输入端。所述双闭环矢量控制结构是，d轴电流id与给定的d轴电流id*作比较，得到的电流差值Δid输入至d轴电流调节模块，d轴电流调节模块输出电压ud*且输出端连接无零序电压SVPWM模块输入端；转速n与给定的转速n*作比较，得到的转速差值Δn输入至转速调节模块，转速调节模块得到q轴给定电流iq*，将q轴电流iq*与电流iq作比较得到的电流差值Δiq输入至q轴电流调节模块，q轴电流调节模块输出电压uq*且输出端连接无零序电压SVPWM模块输入端。本专利技术一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制方法采用的技术方案是具有以下步骤：步骤1：位置传感器采集位置信号并输入位置及速度计算模块，位置及速度计算模块输出转子电角度θ和电机实时转速n；电压传感器采集直流母线电压udc并输入谐波抑制模块、q轴电流调节模块和d轴电流调节模块，电流传感器采集三相相电流ia、ib、ic并输入abc/dq0模块，经abc/dq0模块变换后输出d轴、q轴、0轴电流分别是id、iq、i0，对转速n和电流id、iq采用id＝0的双闭环矢量控制方法获得输出电压ud*和uq*；步骤2：将给定的0轴电流i0*与0轴电流i0做差得到电流差值Δi0，并将电流差值Δi0输入至谐波抑制模块，谐波抑制模块先根据表达式计算得到抑制输出ur，根据表达式up＝KpΔi0计算得到动态响应输出up，再将动态响应输出up与抑制输出ur相加，并与母线电压udc作商得到零序电压输出u0*；Q(z)为低通滤波器；KrzL为补偿环节，Kr为抑制增益，L为补偿环节的超前节拍数，L<N；N为系统电流采样频率fs与被控对象频率f0之比：被控对象频率f0为电机频率的3倍频；Kp为比例增益；z为z变换算子；步骤3：将电压ud*和uq*以及零序电压输出u0*、转子电角度θ共同输入到无零序电压SVPWM模块，无零序电压SVPWM模块驱动两台标准两电平逆变器，将两台两电平逆变器各连接中性点打开的绕组开放式少稀土永磁无刷电机的绕组两端。本专利技术采用上述技术方案后具有的有益效果是：1、本专利技术针对绕组开放式少稀土永磁无刷电机，由于电机设计难度及加工误差等原因造成的电机相反电动势3、9、15等3k次谐波，在矢量控制策略的基础上提出多谐波一体抑制控制方法，通过这种方法形成零轴电流闭环，达到实时监测及反馈零序电流的目的。在SVPWM调制策略不产生零序电压的基础上，一次性消除反电势多次谐波对电机相电流造成的影响，这种控制方法既不需要针对多次谐波一一抑制，降低了算法实施的难度，也不需要通过增加硬件来抑制多次谐波，节约了硬件成本，能够使电机驱动系统高效而稳定的运行。2、由于少稀土永磁电机采用绕组开放式电路拓扑，可以在相同的直流源条件下获得三电平的调制效果，多电平效果可以提高电压利用率、减小输出电压谐波，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统，控制器(7)通过信号线连接位置传感器(2)，母线电压传感器(8)和电流传感器(9)，电压传感器(8)将检测母线电压udc，电流传感器(9)检测三相相电流ia、ib、ic，其特征是：所述控制器(7)包含位置及速度计算模块(10)、abc/dq0模块(11)、无零序电压SVPWM模块(12)、转速调节模块(13)、d轴电流调节模块(14)、q轴电流调节模块(15)和谐波抑制模块(16)；位置传感器(2)输出端连接位置及速度计算模块(10)输入端，位置及速度计算模块(10)输出端分别连接谐波抑制模块(16)和无零序电压SVPWM模块(12)的输入端，位置及速度计算模块(10)输出转子电角度θ和电机实时转速n，转子电角度θ输入无零序电压SVPWM模块(12)，转速n输入谐波抑制模块(16)；电压传感器(8)输出端分别连接谐波抑制模块(16)、q轴电流调节模块(15)和d轴电流调节模块(14)；电流传感器(9)输出端连接abc/dq0模块(11)输入端，abc/dq0模块(11)输出d轴、q轴、0轴电流分别是id、iq、i0，对转速n和电流id、iq采用id＝0的双闭环矢量控制结构；将0轴电流i0与给定的0轴电流i0*作比较得到电流差值Δi0，将电流差值Δi0输入至谐波抑制模块(16)，谐波抑制模块(16)输出零序电压u0*且输出端连接无零序电压SVPWM模块(12)输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统，控制器(7)通过信号线连接位置传感器(2)，母线电压传感器(8)和电流传感器(9)，电压传感器(8)将检测母线电压udc，电流传感器(9)检测三相相电流ia、ib、ic，其特征是：所述控制器(7)包含位置及速度计算模块(10)、abc/dq0模块(11)、无零序电压SVPWM模块(12)、转速调节模块(13)、d轴电流调节模块(14)、q轴电流调节模块(15)和谐波抑制模块(16)；位置传感器(2)输出端连接位置及速度计算模块(10)输入端，位置及速度计算模块(10)输出端分别连接谐波抑制模块(16)和无零序电压SVPWM模块(12)的输入端，位置及速度计算模块(10)输出转子电角度θ和电机实时转速n，转子电角度θ输入无零序电压SVPWM模块(12)，转速n输入谐波抑制模块(16)；电压传感器(8)输出端分别连接谐波抑制模块(16)、q轴电流调节模块(15)和d轴电流调节模块(14)；电流传感器(9)输出端连接abc/dq0模块(11)输入端，abc/dq0模块(11)输出d轴、q轴、0轴电流分别是id、iq、i0，对转速n和电流id、iq采用id＝0的双闭环矢量控制结构；将0轴电流i0与给定的0轴电流i0*作比较得到电流差值Δi0，将电流差值Δi0输入至谐波抑制模块(16)，谐波抑制模块(16)输出零序电压u0*且输出端连接无零序电压SVPWM模块(12)输入端。2.根据权利要求1所述一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统，其特征是：所述双闭环矢量控制结构是，d轴电流id与给定的d轴电流id*作比较，得到的电流差值Δid输入至d轴电流调节模块(14)，d轴电流调节模块(14)输出电压ud*且输出端连接无零序电压SVPWM模块(12)输入端；转速n与给定的转速n*作比较，得到的转速Δn输入至转速调节模块(13)，转速调节模块(13)得到q轴给定电流iq*，将q轴电流iq*与电流iq作比较得到的电流差值Δiq输入至q轴电流调节模块(15)，q轴电流调节模块(15)输出电压uq*且输出端连接无零序电压SVPWM模块(12)输入端。3.根据权利要求1所述一种少稀土永磁电机零序电流抑制控制系统，其特征是：无零序电压SVP...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝勇，史国平，左月飞，张超，杜怿，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32