一种双电机三桥臂逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双电机三桥臂逆变器控制方法，采用直接转矩法获取获取两组开关状态，根据转矩控制信号、磁链控制信号和三相电机M1和三相电机M2的转子位置信号选择电压矢量选择开关的开关触发信号，据此可以得到不同方向的桥臂开关通断状态，利用直接转矩控制获取三相永磁同步电机的电压矢量表，并通过选择其桥臂的开关状态对两台三相永磁同步电机进行控制，选择开关可以自主控制，实现了两个三相永磁同步电机分时运行，本方法控制简单明确。本发明专利技术具有算法简单、响应快和精度高的优点。同时，本发明专利技术提出了基于九开关三桥臂逆变器的控制方案，该方案可以进一步降低系统的硬件成本，方便本发明专利技术技术的快速推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种双电机三桥臂逆变器及其控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种双电机三桥臂逆变器及其控制方法。
技术介绍
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。近年来，随着社会生活和工业生产更高需求，双电机控制系统广泛应用于造纸、交通、电动汽车、洗衣机、空调及其他家电的应用领域。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，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电机三桥臂逆变器及其控制方法，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：一种双电机三桥臂逆变器，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2和三桥臂逆变器；三桥臂逆变器包括三个并联的逆变器桥臂，逆变器桥臂连接同一个直流电源，每个逆变器桥臂均包括三个串联的功率开关管，每个逆变器桥臂上相邻两个功率开关管之间为中点，三相电机M1的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂同一侧的中点，三相电机M2的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂另一个的中点；控制器包括电流传感器、电压传感器和依次连接的速度调节模块、PI控制器、转矩估计单元、转矩滞环控制器、电压矢量选择开关和PWM生成单元，电压矢量选择开关还连接有磁链滞环控制器，磁链滞环控制器连接有磁链估计单元,电流传感器连接于三相永磁同步电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相永磁同步电机的三相电流。进一步的，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。进一步的，两个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。进一步的，三桥臂逆变器包括并联的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2和逆变器桥臂L3，逆变器桥臂L1包括串联的功率开关管T1、功率开关管T4和功率开关管T7，逆变器桥臂L2包括串联的功率开关管T2、功率开关管T5和功率开关管T8，逆变器桥臂L3包括串联的功率开关管T3、功率开关管T6和功率开关管T9；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与功率开关管T4之间的中点a，三相电机M1的绕组B连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T2与功率开关管T5之间的中点b，三相电机M1的绕组C连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T3与功率开关管T6之间的中点c；三相电机M2的绕组U连接于逆变器桥臂L1的功率开关管T7与功率开关管T4之间的中点x；三相电机M2的绕组V连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T5与功率开关管T8之间的中点y，三相电机M2的绕组W连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T6与功率开关管T9之间的中点z。一种双电机三桥臂逆变器的控制方法，包括以下步骤：首先分别获取三相电机M1和三相电机M2的转子转速ω1和ω2、电机转矩Te1和Te2以及磁链幅值ψs1和ψs2；根据三相电机M1和三相电机M2的给定参考转速ω1*、ω2*与转子转速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控制器得到三相电机M1和三相电机M2的给定参考转矩Te1*、Te2*，三相电机M1和三相电机M2给定参考转矩Te1*、Te2*和电机转矩Te1、Te2分别经过两个转矩估计单元得到三相电机M1和三相电机M2的转矩误差eT1、eT2，转矩误差eT1、eT2经转矩滞环控制器后得到转矩控制信号φ1、φ2；根据三相电机M1和三相电机M2的定参考磁链幅值为ψs1*、ψs2*和磁链幅值ψs1和ψs2分别经过两个磁链估计单元得到三相电机M1和三相电机M2的磁链误差eψ1、eψ2，磁链误差eψ1、eψ2经磁链滞环控制器后得到磁链控制信号τ1、τ2；最后根据得到的转矩控制信号、磁链控制信号和三相电机M1和三相电机M2的转子位置信号选择电压矢量选择开关的开关触发信号，开关触发信号经过PWM生成单元计算得到三桥臂逆变器上的九个开关的实际触发信号，即可实现对三相电机M1和三相电机M2的控制。进一步的，通过电流传感器和电压传感器分别检测三相电机M1、三相电机M2的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW和直流电源电压Vdc并将检测到的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW和直流电源电压Vdc传送至中控单元，分别得到三相电机M1和三相电机M2的转子转速ω1和ω2、电机转矩Te1和Te2以及磁链幅值ψs1和ψs2。进一步的，设定三相电机M1的给定参考转速ω1*，通过给定参考转速ω1*与实际转子转速ω1经过计算后得到转速误差eω1；设定三相电机M2的给定参考转速ω2*，通过给定参考转速ω2*与实际转子转速ω2经过计算后得到转速误差eω2；计算如下公式：转速误差eω1、eω2经过PI控制器得到三相电机M1和三相电机M2的参考转矩Te1*、Te2*，如下公式：式中，K1、K2为正值比例常数，K3、K4为正值积分常数。进一步的，其中，设定三相电机M1的参考定子磁链幅值ψs1*，三相电机M2的参考定子磁链幅值ψs2*：式中，ψf1、ψf2为转子磁链常数；将参考转矩Te1*和电机转矩Te1通过转矩估计单元得到的三相电机M1的转矩误差eT1，将参考转矩Te2*和电机转矩Te2通过转矩估计单元得到的三相电机M2的转矩误差eT2；将三相电机M1的给定参考磁链幅值为ψs1*和磁链幅值ψs1经过磁链估计单元得到三相电机M1的磁链误差eψ1；将三相电机M2的给定参考磁链幅值为ψs2*和磁链幅值ψs2经过磁链估计单元得到三相电机M2的磁链误差eψ2；将三相电机M1的转矩误差eT1和磁链误差eψ1分别输入到转矩滞环控制器和磁链滞环控制器后得到三相电机M1的转矩控制信号φ1和磁链控制信号τ1；将三相电机M2的转矩误差eT2和磁链误差eψ2分别输入到转矩滞环控制器和磁链滞环控制器后得到三相电机M2的转矩控制信号φ2和磁链控制信号τ2；计算公式如下：式中，ε为正值常数。进一步的，其中，电压矢量选择开关开关触发信号对应的两个电压矢量如表2、表3所示：表2开关矢量选择表1表3开关矢量选择表2开关触发信号电压矢量与两组九个开关触发信号S1m、S2m对应，m＝1,2,3,4,5,6,7,8,9；利用开关触发信号S1m、S2m得到三桥臂逆变器九个开关触发信号Sk，k＝1,2,3,4,5,6,7,8,9，其中，代表或逻辑，即可实现对三相电机M1和三相电机M2的控制。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提出了一种双电机三桥臂逆变器，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2和三桥臂逆变器,采用三桥臂逆变器控制双电机系统的基本结构,减少开关器件的使用数量,省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器,控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。本专利技术一种双电机三桥臂逆变器控制方法，采用直接转矩法获取获取两组开关状态，根据转矩控制信号、磁链控制信号和三相电机M1和三相电机M2的转子位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电机三桥臂逆变器，其特征在于，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2和三桥臂逆变器；三桥臂逆变器包括三个并联的逆变器桥臂，逆变器桥臂连接同一个直流电源，每个逆变器桥臂均包括三个串联的功率开关管，每个逆变器桥臂上相邻两个功率开关管之间为中点，三相电机M1的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂同一侧的中点，三相电机M2的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂另一个的中点；控制器包括电流传感器、电压传感器和依次连接的速度调节模块、PI控制器、转矩估计单元、转矩滞环控制器、电压矢量选择开关和PWM生成单元，电压矢量选择开关还连接有磁链滞环控制器，磁链滞环控制器连接有磁链估计单元,电流传感器连接于三相永磁同步电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相永磁同步电机的三相电流。

【技术特征摘要】
1.一种双电机三桥臂逆变器，其特征在于，包括控制器、三相电机M1、三相电机M2和三桥臂逆变器；三桥臂逆变器包括三个并联的逆变器桥臂，逆变器桥臂连接同一个直流电源，每个逆变器桥臂均包括三个串联的功率开关管，每个逆变器桥臂上相邻两个功率开关管之间为中点，三相电机M1的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂同一侧的中点，三相电机M2的三个绕组分别连接于三个逆变器桥臂另一个的中点；控制器包括电流传感器、电压传感器和依次连接的速度调节模块、PI控制器、转矩估计单元、转矩滞环控制器、电压矢量选择开关和PWM生成单元，电压矢量选择开关还连接有磁链滞环控制器，磁链滞环控制器连接有磁链估计单元,电流传感器连接于三相永磁同步电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相永磁同步电机的三相电流。2.根据权利要求1所述的一种双电机三桥臂逆变器，其特征在于，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。3.根据权利要求1所述的一种双电机三桥臂逆变器，其特征在于，两个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。4.根据权利要求1所述的一种双电机三桥臂逆变器，其特征在于，三桥臂逆变器包括并联的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2和逆变器桥臂L3，逆变器桥臂L1包括串联的功率开关管T1、功率开关管T4和功率开关管T7，逆变器桥臂L2包括串联的功率开关管T2、功率开关管T5和功率开关管T8，逆变器桥臂L3包括串联的功率开关管T3、功率开关管T6和功率开关管T9；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与功率开关管T4之间的中点a，三相电机M1的绕组B连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T2与功率开关管T5之间的中点b，三相电机M1的绕组C连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T3与功率开关管T6之间的中点c；三相电机M2的绕组U连接于逆变器桥臂L1的功率开关管T7与功率开关管T4之间的中点x；三相电机M2的绕组V连接于逆变器桥臂L2的功率开关管T5与功率开关管T8之间的中点y，三相电机M2的绕组W连接于逆变器桥臂L3的功率开关管T6与功率开关管T9之间的中点z。5.一种根据权利要求1所述的双电机三桥臂逆变器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先分别获取三相电机M1和三相电机M2的转子转速ω1和ω2、电机转矩Te1和Te2以及磁链幅值ψs1和ψs2；根据三相电机M1和三相电机M2的给定参考转速ω1*、ω2*与转子转速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控制器得到三相电机M1和三相电机M2的给定参考转矩Te1*、Te2*，三相电机M1和三相电机M2给定参考转矩Te1*、Te2*和电机转矩Te1、Te2分别经过两个转矩估计单元得到三相电机M1和三相电机M2的转矩误差eT1、eT2，转矩误差eT1、eT2经转矩滞环控制器后得到转矩控制信号φ1、φ2；根据三相电机M1和三相电机M2的定参考磁链幅值为ψs1*、ψs2*和磁链幅值ψs1和ψs2分别经过两个磁链估计单元得到三相电机M1和三相电机M...

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