一种双永磁同步电机控制逆变器及补偿控制方法技术

本发明专利技术涉及一种双永磁同步电机控制逆变器及补偿控制方法，包含控制器、三相永磁电机M1、M2，以及均并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂L1、L2、L4、L5和电容桥臂L3；M1的第一相绕组与L1的中点相连；M1的第二相绕组与L2的中点相连；M1的第三相绕组与L3的中点相连；M2的第一相绕组与L3的中点相连；M2的第二相绕组与L4的中点相连；M2的第三相绕组与L5的中点相连。本发明专利技术通过增加直流母线电容的充电电路，当检测到两电容电压不平衡程度超过一定阀值之后，令多余的电桥桥臂电路给相应电容充电，使电位中点向平衡的方向移动，使电位中点的偏移被钳制在一定范围之内，抑制直流母线上两串联电容的电压不平衡程度。

A dual permanent magnet synchronous motor control inverter and compensation control method

The invention relates to a dual permanent magnet synchronous motor control inverter and compensation control method, including the controller, the three-phase permanent magnet motor M1, the M2, and the inverter bridge arm L1, L2, L4, L5 and the capacitive bridge arm L3 which are parallel to the common DC power supply; the first phase winding of M1 is connected with the middle point of L1; the second phase winding of M1 and the L2 in the middle. The third phase winding of the M1 is connected to the middle point of the L3; the first phase winding of the M2 is connected to the middle point of the L3; the second phase winding of the M2 is connected to the middle point of the L4; the third phase winding of the M2 is connected to the middle point of the L5. By adding the charging circuit of the DC bus capacitor, when the voltage imbalance degree of the two capacitance exceeds a certain threshold, the excess bridge arm circuit is charged to the corresponding capacitor to move the neutral point in the direction of balance, so that the offset of the potential point is clamped within a certain range, and the DC bus is suppressed. The voltage imbalance of the upper two series capacitor.

【技术实现步骤摘要】
一种双永磁同步电机控制逆变器及补偿控制方法
本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种双永磁同步电机控制逆变器及补偿控制方法。
技术介绍
随着电力电子、控制理论、计算机技术的飞速发展以及电机工艺制造水平的不断提高，双电机系统的应用领域也在不断扩展。现代双电机伺服系统已由早期较多的应用于国防领域的装置设备中，逐渐扩展到工业领域和民用领域，如：高精度数控车床、机器人、船舶以及电动汽车等领域。众所周知，在交流电机驱动系统当中，功率变换器中的电力电子器件是最容易发生故障的环节，一旦开关器件发生故障，整个控制系统会丧失正常工作的能力，而此时，一个行之有效的容错运行方案，可以保证故障发生时控制器具有不间断稳定运行的能力，确保航空航天、军事领域等重要场合的安全运行，避免灾难性的后果，减小一般民用场合的经济损失。现有的驱动器容错运行方案主要有开关器件冗余、两相四开关运行方式、三相四开关运行方式等，其中三相四开关运行方式的拓扑重构方式最为简单易行、电机绕组接法不变、对开关器件容量的要求不高、易于实现矢量控制、且成本最小，因此被广泛采用作为容错运行的主回路。而在三相四开关容错控制方面，国内研究人员主要开展了关于感应电机三相四开关系统及其他算法控制的研究，对关于永磁同步电机三相四开关控制系统中直流母线电容电压不平衡对电机运行的影响问题研究较为少见。如图1所示为单个三相永磁同步电机三相四开关逆变器结构图，由于三相四开关逆变器供电时逆变器电容桥相对应的电机绕组是通过直流母线上两串联电容的中点来供电的，两电容的充放电状态相反，必然会导致两电容上的电压不平衡。在电机起动或带负载运行时，由于电机相电流较大，电容充放电剧烈，因而不平衡程度较高，这将影响三相四开关逆变器供电的可持续性和控制的精确度，严重时会导致运行失败，因此有必要对其进行研究。三相六开关逆变器供电时，各相绕组均从直流母线上获取电量，由于直流母线可从整流主电路获得持续的电量，直流母线电压和电容电压在电机起动时虽有所下降尚不至于无限制下降。然而三相四开关逆变器供电条件下，流过逆变器故障相对应的电机绕组的电流的唯一来源是直流母线上两串联电容的中点。电容储存的电量是非常有限的，不具备持续充放电能力。因此无法单纯通过软件上控制策略的调整来完成不平衡的抑制，必须在硬件电路中予以改进，即必须结合硬件的钳位方法才能控制不平衡度。在三相四开关控制系统中，在理论分析中通常认为母线串联电容C1和C2上的电压是相等的，但在实际系统中这种理想情况是不存在的，也就是说在实际系统中存在着直流母线电压电容电压(电容C1、C2)不平衡问题，即C1和C2上的电压会发生波动，反过来，C1和C2上的电压波动也会破坏三相电流的平衡；影响直流母线电容电压平衡的因素主要包括以下三点：(1)相电流对母线电容充放电；(2)两个母线电容的实际电容值不可能完全相同；(3)整流电路对母线电容充放电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种双永磁同步电机控制逆变器及补偿控制方法，能够有效降低直流母线电容电压不平衡对电机运行的影响，增强双三相永磁同步电机的可靠性和安全性。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：包含控制器、三相永磁电机M1、三相永磁电机M2，以及均并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L4、逆变器桥臂L5和电容桥臂L3；三相永磁电机M1的第一相绕组A与逆变器桥臂L1的中点相连；三相永磁电机M1的第二相绕组B与逆变器桥臂L2的中点相连；三相永磁电机M1的第三相绕组C与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第一相绕组A与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第二相绕组B与逆变器桥臂L4的中点相连；三相永磁电机M2的第三相绕组C与逆变桥臂L5的中点相连。进一步地，逆变器桥臂L1逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L4和逆变器桥臂L5均由两个串联的功率开关管组成。进一步地，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。进一步地，电容桥臂L3由两个串联的电容组成。一种如上所述双永磁同步电机控制逆变器的补偿控制方法，包括以下步骤：步骤一：对系统进行初始化，分别将逆变器的中点母线电压电位直流母线电容电压UC2、三相电流信号、两个三相永磁电机的速度信号采集到主控单元中；步骤二：主控单元将两个三相永磁电机的速度信号解析为电机转子的位置信号θ1和θ2以及角速度信号w1和w2；设定参考速度和参考速度和与角速度信号w1和w2经过速度调节模块后得到速度误差，速度误差经过PI控制器得到交轴参考电流和步骤三：三相电流信号经过abc/αβ变换和αβ/dq变换后得到交轴反馈电流iq1和iq2以及直轴反馈电流id1和id2；交轴反馈电流iq1和iq2与步骤二得到的交轴参考电流和经过电流调节模块得到交轴电流误差；直轴反馈电流id1和id2与设定的直轴参考电流和经过电流调节模块得到直轴电流误差；步骤四：交轴电流误差和直轴电流误差经过PI控制器得到交轴参考电压和与直轴参考电压和交轴参考电压和直轴参考电压经过dq/αβ变换后得到三相参考电压和三相参考电压经三相四开关SVPWM调制，得到SVPWM调制信号；主控单元通过中点母线电压电位与直流母线电容电压UC2得到电压误差，电压误差通过模糊控制算法输出对应的钳位状态，得到电容桥补偿调制信号；步骤五：将步骤四得到的SVPWM调制信号和电容桥补偿调制信号输入到PWM产生单元，输出PWM波来驱动逆变器控制双永磁电机，完成双永磁同步电机控制逆变器的补偿控制。进一步地，步骤三中直轴参考电流和均设为0。进一步地，电容桥臂L3由两个串联的电容C1和C2组成；步骤四中模糊控制算法的控制规则为：若C2电位高于电压带上限电位，则对C1充电，C2放电；若C2电位低于电压带下限电位，则对C1放电，C2充电。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术逆变器中直接利用现有逆变器拓扑结构，通过增加直流母线电容的充电电路和电容电压的采样，当检测到两电容电压不平衡程度超过一定阀值之后，即令多余的电桥桥臂电路给相应电容充电，使电位中点向平衡的方向移动，从而使电位中点的偏移被钳制在一定范围之内，抑制直流母线上两串联电容的电压不平衡程度，不需要额外的在直流母线上增加中点箝位电路。本专利技术方法中，在控制双永磁同步电机时，在不同周期内，利用多余的逆变器桥臂对运行的不平衡电容桥臂进行补偿，能够有效降低直流母线电容电压不平衡对电机运行的影响。因此，本专利技术的新型双永磁同步电机逆变器及补偿控制能增强双三相永磁同步电机的可靠性和安全性，具有十分重要的研究意义。进一步地，本专利技术采用一种软硬件结合的方式，硬件上在不同周期内增加两个桥臂对电容电压进行钳位，当电压不平衡较为严重时能够自动对低电压的电容进行充电维持电压平衡，该双永磁同步电机容错逆变器结合新的控制算法，能够有效降低直流母线电容电压不平衡对电机运行的影响，增强双三相永磁同步电机的可靠性和安全性。附图说明图1为普通单个三相永磁同步电机三相四开关逆变器结构图；图2为本专利技术双三相永磁同步电机逆变器的驱动结构图；图3为本专利技术单个三相永磁同步电机三相四开关逆变器结构图；图4为本专利技术的系统控制框图图5为本专利技术的算法具体实现框图；图6(a)是(L4,L5)＝(0，0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双永磁同步电机控制逆变器，其特征在于：包含控制器、三相永磁电机M1、三相永磁电机M2，以及均并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L4、逆变器桥臂L5和电容桥臂L3；三相永磁电机M1的第一相绕组A与逆变器桥臂L1的中点相连；三相永磁电机M1的第二相绕组B与逆变器桥臂L2的中点相连；三相永磁电机M1的第三相绕组C与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第一相绕组A与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第二相绕组B与逆变器桥臂L4的中点相连；三相永磁电机M2的第三相绕组C与逆变桥臂L5的中点相连。

【技术特征摘要】
1.一种双永磁同步电机控制逆变器，其特征在于：包含控制器、三相永磁电机M1、三相永磁电机M2，以及均并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L4、逆变器桥臂L5和电容桥臂L3；三相永磁电机M1的第一相绕组A与逆变器桥臂L1的中点相连；三相永磁电机M1的第二相绕组B与逆变器桥臂L2的中点相连；三相永磁电机M1的第三相绕组C与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第一相绕组A与电容桥臂L3的中点相连；三相永磁电机M2的第二相绕组B与逆变器桥臂L4的中点相连；三相永磁电机M2的第三相绕组C与逆变桥臂L5的中点相连。2.根据权利要求1所述的一种双永磁同步电机控制逆变器，其特征在于：逆变器桥臂L1逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L4和逆变器桥臂L5均由两个串联的功率开关管组成。3.根据权利要求2所述的一种双永磁同步电机控制逆变器，其特征在于：功率开关管均采用IGBT或MOSFET。4.根据权利要求1所述的一种双永磁同步电机控制逆变器，其特征在于：电容桥臂L3由两个串联的电容组成。5.一种如权利要求1所述双永磁同步电机控制逆变器的补偿控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对系统进行初始化，分别将逆变器的中点母线电压电位直流母线电容电压UC2、三相电流信号、两个三相永磁电机的速度信号采集到主控单元中；步骤二：主控单元将两个三相永磁电机的速度信号解析为电机转子的位置信号θ1和θ2以及角速度信号w1和w2；设定参考速度和参考速...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，李峰，司利云，周熙炜，陈金平，李耀华，陈俊硕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61