双电机五桥臂逆变器驱动电路及其直接转矩控制方法技术

一种双电机五桥臂逆变器驱动电路及其直接转矩控制方法，驱动电路包括两个星型绕组三相电机、五桥臂逆变器、转速PI控制器、转矩滞环控制器、磁链滞环控制器、转矩和磁链估计单元、开关选择表、PWM生成单元、速度传感器、电流传感器和电压传感器和直流供电电源。两个星型绕组三相电机的各三相绕组依次连接到五桥臂逆变器的五个桥臂中点，通过直接转矩控制方法获得两个电机各自的转矩和磁链误差，误差信号经过转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机转矩控制信号和磁链控制信号，通过两个电机的转子位置角、转矩控制信号和磁链控制信号在开关选择表中选择两个电机的开关触发信号，实现对电机的控制，本发明专利技术实现简单，适用范围广。

Dual motor five leg inverter drive circuit and its direct torque control method

A dual motor five bridge arm inverter drive circuit and its direct torque control method, which include two star type winding three-phase motor, five bridge arm inverter, speed PI controller, torque hysteresis controller, hysteresis loop controller, torque and flux linkage estimation unit, switch selection table, PWM generating unit, speed sensor. Current sensor and voltage sensor and DC power supply. The three-phase windings of two star type winding three-phase motor are connected to the middle point of the five arm of the five bridge arm inverter in turn. Through direct torque control, the torque and flux error of the two motors are obtained. The error signals are controlled by the torque hysteresis controller and the magnetic chain hysteresis controller to obtain two motor torque control signals and magnetic chain control. By making the signal, through the rotor position angle of the two motors, the torque control signal and the magnetic chain control signal, the switch trigger signals of the two motors are selected in the switch selection table to realize the control of the motor. The invention is simple and has a wide range of application.

【技术实现步骤摘要】
双电机五桥臂逆变器驱动电路及其直接转矩控制方法
本专利技术属于电机控制领域，涉及双电机五桥臂逆变器驱动电路及其直接转矩控制方法。
技术介绍
双电机驱动系统因为具有低压大功率输出，高功率密度、适于容错运行等优点，近年来应用广泛。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个三相六开关逆变器独立控制，而采用五桥臂逆变器驱动双三相电机系统可以节省两个功率器件，有效降低多电机驱动系统的硬件成本。目前尚无相关控制技术的记载。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种双电机五桥臂逆变器驱动电路及其直接转矩控制方法，具有可靠性高、响应快速以及精度高等优点。为了实现上述目的，本专利技术双电机五桥臂逆变器驱动电路包括具有第一逆变器桥臂、第二逆变器桥臂、第三逆变器桥臂、第四逆变器桥臂及第五逆变器桥臂的五桥臂逆变器，所述的五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机；所述第一星型绕组三相电机的第一相绕组与第一逆变器桥臂的中点a相连，第一星型绕组三相电机的第二相绕组与第二逆变器桥臂的中点b相连，第一星型绕组三相电机的第三相绕组与第三逆变器桥臂的中点c相连；所述第二星型绕组三相电机的第一相绕组与第四逆变器桥臂的中点x相连，第二星型绕组三相电机的第二相绕组与第五逆变器桥臂的中点y相连，第二星型绕组三相电机的第三相绕组与第三逆变器桥臂的中点c相连；所述的第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机连接电流传感器，电流传感器将检测到的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，连同电压传感器检测到的直流母线电压Vdc一起送到转矩和磁链估计单元，转矩和磁链估计单元计算得到两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2，利用定子磁链幅值ψs1、ψs2计算得到两个电机的转子位置角θ1、θ2，结合转子位置角计算得到两个电机的转子转速ω1、ω2；第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的给定参考转速ω1*、ω2*与实际转子转速ω1、ω2之间的转速误差eω1、eω2经过转速PI控制器得到两个电机的参考转矩Te1*、Te2*；将参考转矩Te1*、Te2*和参考定子磁链幅值ψs1*和ψs2*与两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2比较后得到两个电机的转矩误差eT1、eT1和磁链误差eψ1、eψ2，输入转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机的转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2；通过两个电机的转子位置角θ1、θ2、转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2在开关选择表中选择两个电机对应的两个六开关电压源型逆变器的六个开关触发信号δ1m、δ2m，m＝1,2,3,4,5,6。所述的第一逆变器桥臂、第二逆变器桥臂、第三逆变器桥臂、第四逆变器桥臂及第五逆变器桥臂并联后与公共的直流电源相连，每个桥臂都由两个功率开关管串联而成。所述的五桥臂逆变器采用IGBT或MOSFET功率开关管。所述的第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机均采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或者三相交流异步电机。本专利技术双电机五桥臂逆变器驱动电路的直接转矩控制方法，包括以下步骤：步骤一、将第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的开关表输出信号Sa1、Sb1、Sc1和Sa2、Sb2、Sc2、电流传感器检测到的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW以及电压传感器检测到的直流母线电压Vdc一起送到转矩和磁链估计单元；转矩和磁链估计单元得到两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2，利用定子磁链幅值ψs1、ψs2得到两个电机的转子位置角θ1、θ2，结合转子位置角得到两个电机的转子转速ω1、ω2；步骤二、第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的给定参考转速ω1*、ω2*与实际转子转速ω1、ω2之间的转速误差eω1、eω2经过转速PI控制器得到两个电机的参考转矩Te1*、Te2*；设定两个电机的参考定子磁链幅值ψs1*和ψs2*为两个电机转子磁链值；将参考转矩Te1*、Te2*和参考定子磁链幅值ψs1*和ψs2*与转矩和磁链估计单元计算得到的两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2进行比较，得到两个电机的转矩误差eT1、eT1和磁链误差eψ1、eψ2，将转矩误差eT1、eT1和磁链误差eψ1、eψ2输入转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机的转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2；通过两个电机的转子位置角θ1、θ2、转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2在开关选择表中选择两个电机对应的两个六开关电压源型逆变器的六个开关触发信号δ1m、δ2m，m＝1,2,3,4,5,6；步骤三、利用两个六开关电压源型逆变器的开关触发信号δ1m、δ2m经过计算得到五桥臂逆变器的十个开关触发信号Sk，k＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10：其中，⊙代表与逻辑；利用生成的五桥臂逆变器十个开关触发信号实现对两个电机的控制。所述的五桥臂逆变器经过PWM生成单元生成逆变器桥臂上十个开关的实际触发信号对两个电机进行控制。转速误差eω1、eω2经转速PI控制器得到两个电机的参考转矩Te1*、Te2*的计算公式如下：式中，K1、K2为正值比例常数，K3、K4为正值积分常数。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：两个星型绕组三相电机的各三相绕组依次连接到五桥臂逆变器的五个桥臂中点，通过直接转矩控制方法获得两个电机各自的转矩和磁链误差，误差信号经过转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机转矩控制信号和磁链控制信号，通过两个电机的转子位置角、转矩控制信号和磁链控制信号在开关选择表中选择两个电机对应的两个六开关电压源型逆变器的六个开关触发信号，实现对两个三相电机的有效控制。本专利技术适用于各种双三相电机五桥臂逆变器驱动系统，实现简单，适用范围广。附图说明图1本专利技术双电机五桥臂逆变器驱动电路的结构示意图；图2本专利技术双电机五桥臂逆变器驱动电路的直接转矩控制方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术双电机五桥臂逆变器驱动电路包括具有第一逆变器桥臂L1、第二逆变器桥臂L2、第三逆变器桥臂L3、第四逆变器桥臂L4及第五逆变器桥臂L5的五桥臂逆变器，五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机M1与第二星型绕组三相电机M2。每个桥臂都由两个功率开关管串联而成，第一逆变器桥臂L1、第二逆变器桥臂L2、第三逆变器桥臂L3、第四逆变器桥臂L4及第五逆变器桥臂L5并联后与公共的直流电源相连，正极是Vdc，负极是GND。五个逆变器桥臂与两个电机的连接方式如下：第一星型绕组三相电机M1：第一相绕组A与第一逆变器桥臂L1的中点a相连；第二相绕组B与第二逆变器桥臂L2的中点b相连；第三相绕组C与第三逆变器桥臂L3的中点c相连；第二星型绕组三相电机M2：第一相绕组U与第四逆变器桥臂L4的中点x相连；第二相绕组V与第五逆变器桥臂L5的中点y相连；第三相绕组W与第三逆变器桥臂L3的中点c相连；双三相电机五桥臂逆变器驱动系统中，每个逆变器桥臂的组成如下：第一逆变器桥臂L1由第一功率开关管T1与第二功率开关管T2组成；第二逆变器桥臂L2由第三功率开关管T3与第四功率开关管T4组成；第三逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电机五桥臂逆变器驱动电路，其特征在于：包括具有第一逆变器桥臂(L1)、第二逆变器桥臂(L2)、第三逆变器桥臂(L3)、第四逆变器桥臂(L4)及第五逆变器桥臂(L5)的五桥臂逆变器，所述的五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)；所述第一星型绕组三相电机(M1)的第一相绕组(A)与第一逆变器桥臂(L1)的中点a相连，第一星型绕组三相电机(M1)的第二相绕组(B)与第二逆变器桥臂(L2)的中点b相连，第一星型绕组三相电机(M1)的第三相绕组(C)与第三逆变器桥臂(L3)的中点c相连；所述第二星型绕组三相电机(M2)的第一相绕组(U)与第四逆变器桥臂(L4)的中点x相连，第二星型绕组三相电机(M2)的第二相绕组(V)与第五逆变器桥臂(L5)的中点y相连，第二星型绕组三相电机(M2)的第三相绕组(W)与第三逆变器桥臂(L3)的中点c相连；所述的第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)连接电流传感器，电流传感器将检测到的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，连同电压传感器检测到的直流母线电压Vdc一起送到转矩和磁链估计单元，转矩和磁链估计单元计算得到两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2，利用定子磁链幅值ψs1、ψs2计算得到两个电机的转子位置角θ1、θ2，结合转子位置角计算得到两个电机的转子转速ω1、ω2；第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)的给定参考转速ω1*、ω2*与实际转子转速ω1、ω2之间的转速误差eω1、eω2经过转速PI控制器得到两个电机的参考转矩Te1*、Te2*；将参考转矩Te1*、Te2*和参考定子磁链幅值ψs1*和ψs2*与两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2比较后得到两个电机的转矩误差eT1、eT1和磁链误差eψ1、eψ2，输入转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机的转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2；通过两个电机的转子位置角θ1、θ2、转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2在开关选择表中选择两个电机对应的两个六开关电压源型逆变器的六个开关触发信号δ1m、δ2m，m＝1,2,3,4,5,6。...

【技术特征摘要】
1.一种双电机五桥臂逆变器驱动电路，其特征在于：包括具有第一逆变器桥臂(L1)、第二逆变器桥臂(L2)、第三逆变器桥臂(L3)、第四逆变器桥臂(L4)及第五逆变器桥臂(L5)的五桥臂逆变器，所述的五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)；所述第一星型绕组三相电机(M1)的第一相绕组(A)与第一逆变器桥臂(L1)的中点a相连，第一星型绕组三相电机(M1)的第二相绕组(B)与第二逆变器桥臂(L2)的中点b相连，第一星型绕组三相电机(M1)的第三相绕组(C)与第三逆变器桥臂(L3)的中点c相连；所述第二星型绕组三相电机(M2)的第一相绕组(U)与第四逆变器桥臂(L4)的中点x相连，第二星型绕组三相电机(M2)的第二相绕组(V)与第五逆变器桥臂(L5)的中点y相连，第二星型绕组三相电机(M2)的第三相绕组(W)与第三逆变器桥臂(L3)的中点c相连；所述的第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)连接电流传感器，电流传感器将检测到的三相电流IA、IB、IC和IU、IV、IW，连同电压传感器检测到的直流母线电压Vdc一起送到转矩和磁链估计单元，转矩和磁链估计单元计算得到两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2，利用定子磁链幅值ψs1、ψs2计算得到两个电机的转子位置角θ1、θ2，结合转子位置角计算得到两个电机的转子转速ω1、ω2；第一星型绕组三相电机(M1)与第二星型绕组三相电机(M2)的给定参考转速ω1*、ω2*与实际转子转速ω1、ω2之间的转速误差eω1、eω2经过转速PI控制器得到两个电机的参考转矩Te1*、Te2*；将参考转矩Te1*、Te2*和参考定子磁链幅值ψs1*和ψs2*与两个电机转矩Te1、Te2和定子磁链幅值ψs1、ψs2比较后得到两个电机的转矩误差eT1、eT1和磁链误差eψ1、eψ2，输入转矩滞环控制器与磁链滞环控制器得到两个电机的转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2；通过两个电机的转子位置角θ1、θ2、转矩控制信号φ1、φ2和磁链控制信号τ1、τ2在开关选择表中选择两个电机对应的两个六开关电压源型逆变器的六个开关触发信号δ1m、δ2m，m＝1,2,3,4,5,6。2.根据权利要求1所述的双电机五桥臂逆变器驱动电路，其特征在于：所述的第一逆变器桥臂(L1)、第二逆变器桥臂(L2)、第三逆变器桥臂(L3)、第四逆变器桥臂(L4)及第五逆变器桥臂(L5)并联后与公共的直流电源相连，每个桥臂都由两个功率开关管串联而成。3.根据权利要求1或2所述的双电机五桥臂逆变器驱动电路，其特征在于：所述的五桥臂逆...

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