永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法技术

一种永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术针对现有永磁同步电机无电解电容电机驱动系统在电机运行至过调制区域时，会出现输出电压矢量相位跳变和退回的问题。包括采集三相无电解电容驱动器的实际三相电流并进行处理，获得α轴电压指令u

Voltage boundary optimization over modulation method for non electrolytic capacitor driver of permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法
本专利技术涉及永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，属于电机控制

技术介绍
永磁同步电机有着高功率密度、高转矩密度、低成本的优势，其在工业和家电领域有着越来越多的应用。传统的电机驱动拓扑中，在其直流侧往往使用大容值电解电容以保证直流母线电压的稳定，但是电解电容的寿命受环境温度和电流纹波影响较大。采用薄膜电容能显著提升电机驱动系统的寿命和可靠性，将直流侧电解电容换成薄膜电容的电机驱动系统，称之为无电解电容电机驱动系统。永磁同步电机无电解电容电机驱动系统主要由二极管不控整流桥、小容值薄膜电容、三相电压型逆变器及永磁同步电机构成。为了提高直流侧的电压利用率，当电机运行到高调制比的过调制区域时，由于6倍电网频率的波动导致的六边形电压边界的收缩和扩张，甚至会出现输出电压矢量相位的跳变和退回，造成较大电机电压THD(总谐波失真)和转矩脉动。因此，无电解电容电机驱动系统提高母线电压利用率的过调制研究有重要意义。
技术实现思路
针对现有永磁同步电机无电解电容电机驱动系统在电机运行至过调制区域时，会出现输出电压矢量相位跳变和退回的问题，本专利技术提供一种永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法。本专利技术的一种永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，包括以下步骤：步骤一：采集三相无电解电容驱动器的实际三相电流并进行处理，获得α轴电压指令uα*和β轴电压指令uβ*；步骤二：采用一号基本电压矢量作用时间运算单元对α轴电压指令uα*、β轴电压指令uβ*和三相无电解电容驱动器输出的实际电压Udc进行计算，获得永磁同步电机矢量控制中相邻两个基本电压矢量第一预期作用时间Ti_a、Ti+1_a；同时采用二号基本电压矢量作用时间运算单元对α轴电压指令uα*、β轴电压指令uβ*和三相无电解电容驱动器的预设固定电压Ufixed进行计算，获得永磁同步电机矢量控制中相邻两个基本电压矢量第二预期作用时间Ti_f、Ti+1_f；步骤三：条件判断单元根据Ti_a、Ti+1_a及Ti_f、Ti+1_f与采样周期Ts的对比关系，获得判断结果；步骤四：根据步骤三的判断结果，计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1；步骤五：采用脉冲信号运算单元基于Ti和Ti+1进行运算，获得脉冲信号P1，所述脉冲信号P1经过三相无电解电容驱动器对永磁同步电机进行驱动。根据本专利技术的永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，所述步骤三的判断结果包括：将Ti_a+Ti+1_a≤Ts作为条件1；将Ti_a+Ti+1_a>Ts&Ti_f/2+Ti+1_f≤Ts&Ti_f+Ti+1_f/2≤Ts作为条件2；将Ti_f+Ti+1_f/2>TsorTi_f/2+Ti+1_f>Ts作为条件3。根据本专利技术的永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，所述步骤四中根据步骤三的判断结果，计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1包括：当条件判断单元输出的判断结果为条件1时，采用三号基本电压矢量作用时间运算单元计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1；当条件判断单元输出的判断结果为条件2时，采用四号基本电压矢量作用时间运算单元计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1；当条件判断单元输出的判断结果为条件3时，采用五号基本电压矢量作用时间运算单元计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1。根据本专利技术的永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，所述步骤一中获得的α轴电压指令uα*和β轴电压指令uβ*基于矢量控制单元实现，所述矢量控制单元包括：一号减法运算单元、速度调节器、一号乘法运算单元、二号减法运算单元、二号乘法运算单元、三号减法运算单元、电流调节器、两相旋转坐标到两相静止坐标变换单元、编码器、Clarke变换单元、Park变换单元和转速位置计算单元，Clarke变换单元对步骤一中所述实际三相电流ia、ib、ic进行变换，得到实际α轴电流iα和实际β轴电流iβ，Park变换单元对实际α轴电流iα和实际β轴电流iβ进行变换得到实际d轴电流id和实际q轴电流iq；编码器采集永磁同步电机的位移信号并进行处理后得到电机实际转速ωe，转速位置计算单元对电机实际转速ωe进行处理获得电机的电角度θe；一号减法运算单元将转速指令ωe*与电机实际转速ωe作差得到转速差Δωe，转速差Δωe经过速度调节器得到电流指令isref，电流指令isref与电流指令角度θ的余弦值cosθ经过一号乘法运算单元运算得到d轴电流指令id*，电流指令isref与电流指令角度θ的正弦值sinθ经过二号乘法运算单元运算得到q轴电流指令iq*，d轴电流指令id*与实际d轴电流id经过二号减法运算单元计算得到d轴电流差Δid，q轴电流指令iq*与实际q轴电流iq经过三号减法运算单元计算得到q轴电流差Δiq，d轴电流差Δid与q轴电流差Δiq经过电流调节器计算得到d轴电压指令ud*和q轴电压指令uq*，d轴电压指令ud*、q轴电压指令uq*和电机的电角度θe经过两相旋转坐标到两相静止坐标变换单元得到α轴电压指令uα*和β轴电压指令uβ*。本专利技术的有益效果：本专利技术是基于网侧三相输入无电解电容永磁同步电机驱动系统，在电机运行到高调制过调制区域时，提出的一种最优化电压边界过调制策略。本专利技术基于对三相无电解电容驱动器的实际三相电流及永磁同步电机的位移进行一系列的计算，获得用于驱动永磁同步电机的脉冲信号P1。经过本专利技术的数据处理过程，采用脉冲信号P1对电机进行控制，可有效避免输出电压矢量相位的跳变、退回和转矩脉动现象，因此能够更好的保障逆变系统直流侧的电压利用率。附图说明图1是本专利技术所述永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法的流程框图；图2是未采用本专利技术方法时，在过调制区域永磁同步电机的输出变量波动图；其中Te为电磁转矩，ωr为电机转速；图3是采用本专利技术方法时，在过调制区域永磁同步电机的输出变量波动图；图4是未采用本专利技术方法时，在过调制区域永磁同步电机出现输出电压矢量相位跳变及退回的波形图；其中θu为输出电压矢量的角度，uα为α轴电压，ia为实际A相电流；图5是采用本专利技术方法时，在过调制区域永磁同步电机输出的电压矢量波形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：采集三相无电解电容驱动器的实际三相电流并进行处理，获得α轴电压指令u

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：采集三相无电解电容驱动器的实际三相电流并进行处理，获得α轴电压指令uα*和β轴电压指令uβ*；
步骤二：采用一号基本电压矢量作用时间运算单元(201)对α轴电压指令uα*、β轴电压指令uβ*和三相无电解电容驱动器输出的实际电压Udc进行计算，获得永磁同步电机矢量控制中相邻两个基本电压矢量第一预期作用时间Ti_a、Ti+1_a；同时采用二号基本电压矢量作用时间运算单元(202)对α轴电压指令uα*、β轴电压指令uβ*和三相无电解电容驱动器的预设固定电压Ufixed进行计算，获得永磁同步电机矢量控制中相邻两个基本电压矢量第二预期作用时间Ti_f、Ti+1_f；
步骤三：条件判断单元(203)根据Ti_a、Ti+1_a及Ti_f、Ti+1_f与采样周期Ts的对比关系，获得判断结果；
步骤四：根据步骤三的判断结果，计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1；
步骤五：采用脉冲信号运算单元(207)基于Ti和Ti+1进行运算，获得脉冲信号P1，所述脉冲信号P1经过三相无电解电容驱动器对永磁同步电机进行驱动。


2.根据权利要求1所述的永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，其特征在于，所述步骤三的判断结果包括：
将Ti_a+Ti+1_a≤Ts作为条件1；
将Ti_a+Ti+1_a>Ts&Ti_f/2+Ti+1_f≤Ts&Ti_f+Ti+1_f/2≤Ts作为条件2；
将Ti_f+Ti+1_f/2>TsorTi_f/2+Ti+1_f>Ts作为条件3。


3.根据权利要求2所述的永磁同步电机无电解电容驱动器电压边界优化过调制方法，其特征在于，所述步骤四中根据步骤三的判断结果，计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1包括：
当条件判断单元(203)输出的判断结果为条件1时，采用三号基本电压矢量作用时间运算单元(204)计算获得相邻两个基本电压矢量作用时间的计算值Ti和Ti+1；
当条件判断单元(203)输出的判断结果为条件2时，采用四号基本电压矢量作用时间运算单元(205)计算获得相邻两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高林，胡海明，丁大尉，赵楠楠，张国强，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23