五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属永磁电机控制技术领域，为实现在不改变五桥臂两永磁电机控制系统硬件电路的基础上，有效地提高电机的转速范围，减小三相电流的谐波。本发明专利技术五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制装置和方法，由五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相；微处理器中设置有速度环和电流环比例积分PI(proportional integral)控制器、空间电压矢量脉宽调制，控制生成开关管开关信号驱动电机。本发明专利技术主要应用于永磁电机控制。

Zero voltage vector optimization modulation device and method for five leg two permanent magnet motor system

The invention belongs to the field of permanent magnet motor control technology, which can effectively improve the speed range of the motor and reduce the harmonics of the three-phase current without changing the hardware circuit of the five-leg two permanent magnet motor control system. The zero voltage vector optimal modulation device and method of the five-leg two permanent magnet motor system of the invention are composed of a five-leg inverter, two permanent magnet synchronous motors and a microprocessor. The output of the three-phase grid and uncontrollable rectifier bridge are used as the input of the five-leg inverter, and each bridge arm of the five-leg inverter is connected by two switches in series. The microprocessor is equipped with a speed loop and a proportional integral PI (proportional integral) controller, and a space voltage vector pulse width modulation (SVPWM) to control the switching signal of the switch tube to drive the motor. The invention is mainly applied to permanent magnet motor control.

【技术实现步骤摘要】
五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制装置和方法
本专利技术涉及一种两电机电压矢量优化调制策略，属于多电机控制领域。特别是涉及一种应用于五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制策略。
技术介绍
近年来随着现代工业技术的发展，在诸如电动汽车、重载提升等一些行业常需要驱动两台电机同时运行，以改善传统单电机驱动可靠性较低、控制性能差、系统机械传动机构复杂、单台电机功率要求较高等问题。在两永磁电机控制中，五桥臂逆变器驱动系统是一种较好的容错方案，得到了广泛的研究，即采用五桥臂逆变器独立地控制两台三相电机。此方法可以节省两个功率器件，降低系统成本；此外，当传统六桥臂逆变器的一相发生故障时，其也可以作为一种很好的容错控制方案。脉宽调制策略是实现五桥臂逆变器驱动两电机系统的关键，要求在保持两台三相电机控制独立性的情况下，最大程度的提高其母线电压利用率。传统调制策略由于零矢量作用时间较长，使得两电机对直流母线电压的利用率偏低，调速范围受限。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种方法，能够在不改变五桥臂两永磁电机控制系统硬件电路的基础上，有效地提高电机的转速范围，减小三相电流的谐波。本专利技术通过如下技术方案得以实现：五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制装置，由五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相，其中第3个桥臂同时控制两台三相永磁同步电机的各一个相；微处理器中设置有速度环和电流环比例积分PI(proportionalintegral)控制器，在两相旋转dq坐标系下，采用电机d轴电流id＝0的控制方式，对每台电机的速度环和电流环进行控制；具体地：先将每台电机的实际转速和给定转速相减，经过转速环PI控制器后生成两台电机q轴电流给定i1q*和i2q*；将i1q*和i2q*和两台电机q轴实际电流i1q和i2q相减，同时将两台电机d轴电流给定i1d*和i2d*和电机d轴实际电流i1d和i2d相减，所得结果经过电流环PI控制器后得到两台电机定子电压分量u1d、u1q、u2d、u2q；再经过微处理器中的反Park变换模块将两相旋转dq坐标系上的电机定子电压分量变换为两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β；最后，通过微处理器中种的空间电压矢量脉宽调制SVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)模块，求取每台电机在一个控制周期内各电压矢量的作用时间，再对电压矢量作用时间进行优化运算，生成开关管开关信号驱动电机。五桥臂两永磁电机系统零电压矢量优化调制方法，在五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成的系统上实现，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相，其中第3个桥臂同时控制两台三相永磁同步电机的各一个相；利用微处理器执行如下具体控制步骤：在两相旋转dq坐标系下，采用电机d轴电流id＝0的控制方式，每台电机的速度环和电流环均采用比例积分PI(proportionalintegral)控制器，先将每台电机的实际转速和给定转速相减，经过转速环PI控制器后生成两台电机q轴电流给定i1q*和i2q*；将i1q*和i2q*和两台电机q轴实际电流i1q和i2q相减，同时将两台电机d轴电流给定i1d*和i2d*和电机d轴实际电流i1d和i2d相减，所得结果经过电流环PI控制器后得到两台电机定子电压分量u1d、u1q、u2d、u2q；再经过反Park变换将两相旋转dq坐标系上的电机定子电压分量变换为两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β；最后，采用空间电压矢量脉宽调制SVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)技术，求取每台电机在一个控制周期内各电压矢量的作用时间，再对电压矢量作用时间进行优化运算，生成开关管开关信号驱动电机。其中，SVPWM中电压矢量的表示规则为：1代表上桥臂开通，下桥臂关断；0代表上桥臂关断，下桥臂开通；在电机运行过程中，对每台电机，零电压矢量u0(0,0,0)和零电压矢量u7(1,1,1)对电机控制的影响相同，同时为使电机不发生过调制现象，公共桥臂上两台电机占空比加和运算后要小于1；基于上述前提，将每台电机中的u7(1,1,1)用u0(0,0,0)代替，具体步骤如下：(1)根据两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β，计算每台电机所对应的三相PWM波中非零电压矢量所对应的占空比，得到两个新的三相PWM波；(2)对两个新的三相PWM波的占空比进行相应的加法运算，得到一个五相PWM波；(3)优化五相PWM波中非零电压矢量所对应的占空比；(4)将五相PWM波中的零电压矢量所对应的占空比均匀分配给零电压矢量(0,0,0,0,0)和零电压矢量(1,1,1,1,1)，并在一个控制周期中，将经过以上步骤得到的占空比所对应的脉冲居中。在一个实例中，usa、usb、usc为三相电网相电压；udc为直流侧电容电压；两台永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotor)PMSM1、PMSM2，五桥臂中桥臂A、B、C用于驱动电机PMSM1，桥臂C、D、E用于驱动电机PMSM2，采用空间电压矢量脉宽调制方式，电压矢量的表示规则为：1代表上桥臂开通，下桥臂关断；0代表上桥臂关断，下桥臂开通；具体实现方式如下：(1)根据两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β，计算每台电机所对应的三相PWM波中非零电压矢量所对应的占空比，得到两个新的三相PWM波，即运用两个独立的空间矢量脉宽调制方法，在一个控制周期内，得到作用于电机1的逆变器上桥臂PWM波占空比λa1、λb1、λc1和作用于电机2的逆变器上桥臂PWM波占空比λa2、λb2、λc2；(2)对两个新的三相PWM波的占空比进行相应的加法运算，得到一个五相PWM波，为了使五相PWM波的占空比尽可能小于1，且公共桥臂的占空比同时满足两台电机，对各相占空比进行如下运算：式中，λA0、λB0、λC0、λD0、λE0分别为每相上桥臂的PWM波占空比，λmin1＝min{λa1,λb1,λc1}，λmin2＝min{λa2,λb2,λc2}；(3)优化五相PWM波中非零电压矢量所对应的占空比，为了避免λA0、λB0、λC0、λD0、λE0大于1，做进一步优化，其运算如下：式中，λmin＝min{λA0,λB0,λC0,λD0,λE0}；则λA1、λB1、λC1、λD1、λE1为新的五个上桥臂PWM波占空比；(4)将五相PWM波中的零电压矢量所对应的占空比均匀分配给零电压矢量(0,0,0,0,0)和零电压矢量(1,1,1,1,1)，并在一个控制周期中，将经过以上步骤得到的占空比所对应的脉冲居中，作如下运算：式中，λmax＝max{λA1,λB1,λC1,λD1,λE1}；λA，λB，λC，λD，λE便是最终五桥臂逆变器的五相PWM驱动信号的占空比；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五桥臂双永磁电机系统零电压矢量优化调制装置，其特征是，由五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相，其中第3个桥臂同时控制两台三相永磁同步电机的各一个相；微处理器中设置有速度环和电流环比例积分PI(proportional integral)控制器，在两相旋转dq坐标系下，采用电机d轴电流id＝0的控制方式，对每台电机的速度环和电流环进行控制；具体地：先将每台电机的实际转速和给定转速相减，经过转速环PI控制器后生成两台电机q轴电流给定i1q*和i2q*；将i1q*和i2q*和两台电机q轴实际电流i1q和i2q相减，同时将两台电机d轴电流给定i1d*和i2d*和电机d轴实际电流i1d和i2d相减，所得结果经过电流环PI控制器后得到两台电机定子电压分量u1d、u1q、u2d、u2q；再经过微处理器中的反Park变换模块将两相旋转dq坐标系上的电机定子电压分量变换为两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β；最后，通过微处理器中种的空间电压矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)模块，求取每台电机在一个控制周期内各电压矢量的作用时间，再对电压矢量作用时间进行优化运算，生成开关管开关信号驱动电机。...

【技术特征摘要】
1.一种五桥臂双永磁电机系统零电压矢量优化调制装置，其特征是，由五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相，其中第3个桥臂同时控制两台三相永磁同步电机的各一个相；微处理器中设置有速度环和电流环比例积分PI(proportionalintegral)控制器，在两相旋转dq坐标系下，采用电机d轴电流id＝0的控制方式，对每台电机的速度环和电流环进行控制；具体地：先将每台电机的实际转速和给定转速相减，经过转速环PI控制器后生成两台电机q轴电流给定i1q*和i2q*；将i1q*和i2q*和两台电机q轴实际电流i1q和i2q相减，同时将两台电机d轴电流给定i1d*和i2d*和电机d轴实际电流i1d和i2d相减，所得结果经过电流环PI控制器后得到两台电机定子电压分量u1d、u1q、u2d、u2q；再经过微处理器中的反Park变换模块将两相旋转dq坐标系上的电机定子电压分量变换为两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β；最后，通过微处理器中种的空间电压矢量脉宽调制SVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)模块，求取每台电机在一个控制周期内各电压矢量的作用时间，再对电压矢量作用时间进行优化运算，生成开关管开关信号驱动电机。2.一种五桥臂双永磁电机系统零电压矢量优化调制方法，其特征是，在五桥臂逆变器、两台永磁同步电机和微处理器构成的系统上实现，三相电网和不可控整流桥的输出作为五桥臂逆变器的输入，五桥臂逆变器的每一个桥臂均由串接的两个开关管构成，串接点输出控制两台三相永磁同步电机的一个相，其中第3个桥臂同时控制两台三相永磁同步电机的各一个相；利用微处理器执行如下具体控制步骤：在两相旋转dq坐标系下，采用电机d轴电流id＝0的控制方式，每台电机的速度环和电流环均采用比例积分PI(proportionalintegral)控制器，先将每台电机的实际转速和给定转速相减，经过转速环PI控制器后生成两台电机q轴电流给定i1q*和i2q*；将i1q*和i2q*和两台电机q轴实际电流i1q和i2q相减，同时将两台电机d轴电流给定i1d*和i2d*和电机d轴实际电流i1d和i2d相减，所得结果经过电流环PI控制器后得到两台电机定子电压分量u1d、u1q、u2d、u2q；再经过反Park变换将两相旋转dq坐标系上的电机定子电压分量变换为两相静止αβ坐标系上的电机定子电压分量u1α、u1β、u2α、u2β；最后，采用空间电压矢量脉宽调制SVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)技术，求取每台电机在一个控制周期内各电压矢量的作用时间，再对电压矢量作用时间进行优化运算，生成开关管开关信号驱动电机。3.如权利要求2所述的五桥臂双永磁电机系统零电压矢量优化调制方法，其特征是，SVPWM中电压矢量的表示规则为：1代表上桥臂开通，下桥臂关断；0代表上桥臂关断，下桥臂开通；在电机运行过程中，对每台电机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿强，巨永龙，夏长亮，周湛清，张国政，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12