一种双三相电机五相逆变器及其矢量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双三相电机五相逆变器及其矢量控制方法，将控制系统中两个电机的转速误差进行比较，从而确定与公共桥臂相连的两相绕组分别是主相还是从相，最后根据主从选择原则确定公共桥臂的实际开关状态，而独立桥臂的实际开关状态等于其所连接的相绕组的理论开关状态，最后以所得到的实际开关状态对五相逆变器进行控制，大大提高了电机控制的精确性，实现了对五相逆变器双三相电机系统响应快，精度高的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种双三相电机五相逆变器及其矢量控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种双三相电机五相逆变器及其矢量控制方法。
技术介绍
随着控制理论、计算机水平以及电机工艺制造水平的发展，永磁同步电机(PMSM)在家电，电动汽车等工业领域中越来越得到的广泛应用。其中，双电机驱动系统具有低压大功率输出，高功率密度、适于容错运行等优点，因此得到广泛重视。传统的多电机驱动系统中最常用的控制结构是每台三相电机均由一台三相逆变器独立控制。相对于常规的单电机驱动系统，双电机系统可以通过控制两台电机的输出转矩，从而达到消除传动间隙并分担负载的目的。由于双电机驱动系统能够分担负载，可以有效降低单电机驱动系统的输出功率。因此，多相电机驱动系统具有低压大功率输出，高功率密度、转矩波动小，适于容错运行等特点，获得了广泛的关注。在双电机驱动系统中，需要同时控制两个电机对开发人员来说不仅要处理更高的复杂性，还必须确保任何情况下的安全运行，包括设备故障时的安全。近年来，降低双电机驱动系统的硬件成本的同时又能保持原有的优良的控制性能是双电机驱动系统的研究热点。传统的双电机驱动系统多采用十二开关六桥臂逆变器拓扑，该结构的系统虽然具有较好的控制性能，但是系统的硬件成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双三相电机五相逆变器及其矢量控制方法，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双三相电机五相逆变器，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2以及五个并联于直流电源的逆变器桥臂；五个逆变器桥臂均包括两个串联的功率开关管，三相电机M1和三相电机M2的一个绕组共同连接于其中一个逆变器桥臂两个功率开关管中间，形成公共桥臂，三相电机M1的另外两个绕组和三相电机M2另外两个绕组分别单独连接于其他四个逆变器桥臂的两个功率开关管中间；其中控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次相连的转速调节模块、PI控制器、参考电流生成模块、电流调节模块、滞环控制器和PWM产生单元，PWM产生单元连接于逆变器桥臂，用于传送功率开关管的控制信号；霍尔传感器模块用于检测两个三相电机的霍尔信号，霍尔传感器模块检测到的霍尔信号通过中控模块解析为两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2和两个三相电机的实际转速ω1、ω2，并将两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2传送至参考电流生成模块，将两个三相电机的实际转速ω1、ω2传送至转速调节模块；电流检测模块用于检测两个三相电机的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，并传送至电流调节模块。将其中两组共同连接于同一逆变器桥臂的绕组的电流调节模块与滞环控制器之间通过选择开关连接。进一步的，五个逆变器桥臂包括逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L3、逆变器桥臂L4和逆变器桥臂L5，三相电机M1的绕组C和三相电机M2的绕组F均连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T5和功率开关管T6中间，三相电机M1的绕组A连接于逆变器桥臂L1的功率开关管T1和功率开关管T2中间，三相电机M1的绕组B连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T3和功率开关管T4中间，三相电机M2的绕组E连接于逆变器桥臂L4的功率开关管T7和功率开关管T8中间，三相电机M2的绕组D连接于逆变器桥臂L5的功率开关管T9和功率开关管T10中间。进一步的，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。进一步的，两个三相电机采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相交流异步电机。一种双三相电机五相逆变器的矢量控制方法，包括以下步骤：首先分别获取两个三相电机的实际转速W1、W2和转子位置信号θ1、θ2，将两个电机的实际转速W1、W2与给定转速W1*、W2*经过速度调节后得到转速误差ew1、ew2；然后将两个三相电机的转速误差ew1、ew2经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流I1*、I2*，将得到的给定电流I1*、I2*和转子位置信号θ1、θ2经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*，将参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*和实际电流Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef，将其中四组单独与逆变器桥臂连接的绕组的电流误差ea、eb、ed、ee直接作为各路滞环控制器的输入信号S1、S2、S4、S5，根据主从选择原则确定公共桥臂即第三桥臂L3的实际开关状态S3，即：当ew1＞ew2，三相电机M1的C相为主相，三相电机M2的F相为从相，则S3＝ec；当ew1＜ew2，三相电机M2的F相为主相，三相电机M1的C相为从相，S3＝ef；滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制。进一步的，具体包括以下步骤：步骤1)、系统进行初始化，获取两个三相电机M1、M2的实际转速ω1、ω2并传送到速度调节模块中，通过速度调节模块的定参考转速ω1*、ω2*与实际转速ω1、ω2得到转速误差eω1、eω2，将得到转速误差eω1、eω2传送至PI控制器得到给定参考电流I1*、I2*并传送至参考电流发生器，获取两个三相电机M1、M2的转子霍尔位置信号θ1、θ2并传送至参考电流发生器；步骤2)、利用电流检测传感器获取两个三相电机的三相电流信号Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If分别送入到电流调节模块中；步骤3)、步骤1)中得到的给定电流I1*、I2*和两个三相电机M1、M2的转子霍尔位置信号θ1、θ2经过参考电流发生器计算得到两个三相电机M1、M2的三相参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*；步骤4)、两个三相电机M1、M2的三相参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*和实际检测的电流Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If在电流调节模块中各自计算电流误差后得到两个电机M1、M2的对应的电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef；步骤5)、将其中四组单独与逆变器桥臂连接的绕组的电流误差ea、eb、ed、ee直接作为各路滞环控制器的输入信号S1、S2、S4、S5，根据主从选择原则确定公共桥臂即第三桥臂L3的实际开关状态S3，即：当ew1＞ew2，三相电机M1的C相为主相，三相电机M2的F相为从相，则S3＝ec；当ew1＜ew2，三相电机M2的F相为主相，三相电机M1的C相为从相，S3＝ef；滞环控制器产生的五个输入信号S1、S2、S3、S4、S5经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制。进一步的，将步骤1)中得到的两个三相电机M1、M2的实际转速ω1、ω2与给定参考转速ω1*、ω2*经过速度调节模块后得到转速误差eω1、eω2：转速误差eω1、eω2经过PI控制器得到给定参考电流I1*、I2*：式中，Kp为正值比例常数，KI为正值积分常数。进一步的，对于三相电机或三相异步电动机，两个电机M1、M2的三相参考电流分别为Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*：式中，I1*为三相电机M1总的输入电流；Ia*、Ib*、Ic*分别为三相电机M1各绕组的相电流；I2*为三相电机M2总的输入电流；Id*、Ie*、If*分别为三相电机M2各绕组的相电流。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双三相电机五相逆变器，其特征在于，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2以及五个并联于直流电源的逆变器桥臂；五个逆变器桥臂均包括两个串联的功率开关管，三相电机M1和三相电机M2的一个绕组共同连接于其中一个逆变器桥臂两个功率开关管中间，形成公共桥臂，三相电机M1的另外两个绕组和三相电机M2另外两个绕组分别单独连接于其他四个逆变器桥臂的两个功率开关管中间；其中控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次相连的转速调节模块、PI控制器、参考电流生成模块、电流调节模块、滞环控制器和PWM产生单元，PWM产生单元连接于逆变器桥臂，用于传送功率开关管的控制信号；霍尔传感器模块用于检测两个三相电机的霍尔信号，霍尔传感器模块检测到的霍尔信号通过中控模块解析为两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2和两个三相电机的实际转速ω1、ω2，并将两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2传送至参考电流生成模块，将两个三相电机的实际转速ω1、ω2传送至转速调节模块；电流检测模块用于检测两个三相电机的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，并传送至电流调节模块，将其中两组共同连接于同一逆变器桥臂的绕组的电流调节模块与滞环控制器之间通过选择开关连接。...

【技术特征摘要】
1.一种双三相电机五相逆变器，其特征在于，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2以及五个并联于直流电源的逆变器桥臂；五个逆变器桥臂均包括两个串联的功率开关管，三相电机M1和三相电机M2的一个绕组共同连接于其中一个逆变器桥臂两个功率开关管中间，形成公共桥臂，三相电机M1的另外两个绕组和三相电机M2另外两个绕组分别单独连接于其他四个逆变器桥臂的两个功率开关管中间；其中控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次相连的转速调节模块、PI控制器、参考电流生成模块、电流调节模块、滞环控制器和PWM产生单元，PWM产生单元连接于逆变器桥臂，用于传送功率开关管的控制信号；霍尔传感器模块用于检测两个三相电机的霍尔信号，霍尔传感器模块检测到的霍尔信号通过中控模块解析为两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2和两个三相电机的实际转速ω1、ω2，并将两个三相电机的转子位置信号θ1、θ2传送至参考电流生成模块，将两个三相电机的实际转速ω1、ω2传送至转速调节模块；电流检测模块用于检测两个三相电机的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，并传送至电流调节模块，将其中两组共同连接于同一逆变器桥臂的绕组的电流调节模块与滞环控制器之间通过选择开关连接。2.根据权利要求1所述的一种双三相电机五相逆变器，其特征在于，五个逆变器桥臂包括逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2、逆变器桥臂L3、逆变器桥臂L4和逆变器桥臂L5，三相电机M1的绕组C和三相电机M2的绕组F均连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T5和功率开关管T6中间，三相电机M1的绕组A连接于逆变器桥臂L1的功率开关管T1和功率开关管T2中间，三相电机M1的绕组B连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T3和功率开关管T4中间，三相电机M2的绕组E连接于逆变器桥臂L4的功率开关管T7和功率开关管T8中间，三相电机M2的绕组D连接于逆变器桥臂L5的功率开关管T9和功率开关管T10中间。3.根据权利要求1所述的一种双三相电机五相逆变器，其特征在于，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。4.根据权利要求1所述的一种双三相电机五相逆变器，其特征在于，两个三相电机采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相交流异步电机。5.一种如权利要求1所述的一种双三相电机五相逆变器的矢量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先分别获取两个三相电机的实际转速W1、W2和转子位置信号θ1、θ2，将两个电机的实际转速W1、W2与给定转速W1*、W2*经过速度调节后得到转速误差ew1、ew2；然后将两个三相电机的转速误差ew1、ew2经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流I1*、I2*，将得到的给定电流I1*、I2*和转子位置信号θ1、θ2经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*，将参考电流Ia*、Ib*、Ic*、Id*、Ie*、If*和实际电流Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef，将其中四组单独与逆变器桥臂连接的绕组的电流误差ea、eb、ed、ee直接作...

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