一种三直流电机串联系统及转矩控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三直流电机串联系统及转矩控制方法，将转速偏差经PI调节器生成三路电流参考信号；经过电流采样和计算获取三台直流电机的电枢电流；三路电流参考信号运用参考转矩合成算法合成四路参考转矩；三台直流电机的电枢电流运用反馈转矩合成算法变成四路合成反馈转矩；四路转矩参考信号和四路转矩反馈信号的偏差分别输入到四路转矩滞环控制器的反向输入端，并输出幅值上限和下限互为相反数的方波信号；运用逆变器开关逻辑生成函数将转矩滞环控制器调节之后的信号经PWM生成四对两两互补的电平信号，输入到四桥臂八开关逆变器中，实现三直流电机串联连接方式独立四象限运行。本发明专利技术简化了系统，提高了系统的稳定性和响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种三直流电机串联系统及转矩控制方法
本专利技术属于多电机控制
，具体涉及一种三直流电机串联系统及转矩控制方法。
技术介绍
随着社会的进步和科学技术的发展，多电机控制技术正在不断改善和创新，由于直流电机调速性能好、调速范围大、调速平滑等优点，它在工业生产和机械设备中被广泛应用，多直流电机控制技术是在单直流电机控制技术的基础上发展起来的，与单直流电机控制相比，多直流电机控制技术还需要考虑各个直流电机间的速度、转矩、电流的关系，同时，减小电机电路系统的成本也是一个重要的研究方向。通常情况下，一台直流电机实现四象限运行需要两桥臂四开关逆变器模块，若要驱动三台直流电机并实现独立四象限运行，则需要一个六桥臂十二开关的逆变器模块，这使得驱动电路十分复杂，成本也较高；同时，为了实现三台直流电机的平稳调速，防止电流、转矩波动过大，需要对进行速度和电流双闭环控制，传统的控制方法是通过两个串级连接的PI调节器分别对速度和电流的偏差进行计算，再将调节后的输出经过PWM生成十二路控制信号分别输入到六桥臂十二开关逆变器中实现三台直流电机独立四象限运行，这种控制系统和方法的电路系统较为复杂，电流、转矩响应速度慢、控制效果一般。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种三直流电机串联系统及转矩控制方法，简化三直流电机运行时复杂的电路结构以及优化转矩控制效果。本专利技术采用以下技术方案：一种三直流电机串联转矩控制方法，包括以下步骤：S1、系统参数初始化、采样电路初始化、转速计算初始化、PWM输出初始化；S2、采集三台直流电机的转速信息并与转速设定值比较，将得到的转速偏差经PI调节器生成三路电流参考信号S3、经过电流采样和计算获取三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3；S4、三路电流参考信号运用参考转矩合成算法合成四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4；S5、三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3运用反馈转矩合成算法变成四路合成反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4；S6、四路转矩参考信号和四路转矩反馈信号的偏差Ua、Ub、Uc、Ud分别输入到四路转矩滞环控制器的反向输入端，并输出幅值上限和下限互为相反数的方波信号；S7、运用逆变器开关逻辑生成函数将转矩滞环控制器调节之后的信号经PWM生成四对两两互补的电平信号，输入到四桥臂八开关逆变器中，实现三直流电机串联连接方式独立四象限运行。具体的，步骤S4中，四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4具体为：其中，a1，a2，a3为系统参考转矩对应的直流电机转矩常数。具体的，步骤S5中，四路合成反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4具体为：其中，b1，b2，b3系统反馈转矩对应的直流电机转矩常数，且bm＝am，m＝1,2,3。具体的，步骤S6中，四路参考转矩与四路反馈转矩的偏差公式如下：令Ui＝Ua，Ub，Uc，Ud分别为四个转矩滞环控制器的同相输入端电压，U-为转矩滞环控制器的反相输入端电压，Uref为参考电压，Uo为转矩滞环控制器的输出端电压，R1、R2为转矩滞环控制器的参数，令Uref＝0，当Tref-Tfb＞0时，Ui≥U-＞0，当Tref-Tfb＝0时，Ui＞U-，Tfb继续增加，直到Ui≤U-＜0时，进一步的，转矩滞环控制器的逻辑生成函数如下：其中，Hn表示上一次比较后的转矩滞环控制器输出，为反相输入电压阈值下限，为反相输入电压阈值上限。更进一步的，反相输入电压阈值下限为：令Tfb逐渐增加，Ui逐渐减小；反相输入电压阈值上限为令Tfb逐渐减小，Ui逐渐增大，直到Ui≥U-，Tfb再次逐渐增加，Ui逐渐减小。具体的，步骤S7中，用K＝1和K＝0分别表示PWM输出高电平和低电平，Hi＝Ha，Hb，Hc，Hd，分别求出四种情况下的原电平信号Ha-1、Hb-1、Hc-1、Hd-1，计算Hi＝Ha，Hb，Hc，Hd时对应的互补电平信号Ha-2，Hb-2，Hc-2，Hd-2，当Hi＝Ha时，将其对应的原电平信号Ha-1输入到四桥臂八开关逆变器中a桥臂的T1的栅极，互补电平信号Ha-2输入到四桥臂八开关逆变器中a桥臂的T2栅极；当Hi＝Hb时，将其对应的原电平信号Hb-1输入到四桥臂八开关逆变器中b桥臂的T3的栅极，互补电平信号Hb-2输入到四桥臂八开关逆变器中b桥臂的T4栅极；当Hi＝Hc时，将其对应的原电平信号Hc-1输入到四桥臂八开关逆变器中c桥臂的T5的栅极，互补电平信号Hc-2输入到四桥臂八开关逆变器中c桥臂的T6栅极；当Hi＝Hd时，将其对应的原电平信号Hd-1输入到四桥臂八开关逆变器中d桥臂的T7的栅极，互补电平信号Hd-2输入到四桥臂八开关逆变器中d桥臂的T8栅极。进一步的，四种情况下的原电平信号Ha-1、Hb-1、Hc-1、Hd-1的逻辑生成函数为互补电平信号Ha-2，Hb-2，Hc-2，Hd-2的逻辑生成函数为：本专利技术的另一个技术方案是，一种三直流电机串联系统，采用转矩控制方法，包括三台串联连接的直流电机，三台直流电机使用双闭环控制结构，外环控制三台直流电机的三个转速，内环控制三台直流电机的四个合成转矩；三台直流电机经转速计算采集实际转速，与给定转速的偏差发送至转速PI调节器生成三路电流参考信号三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3经参考转矩合成变成四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4；三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3经反馈转矩合成变成四路反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4；四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4和四路反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4的偏差输入至转矩滞环控制器，转矩滞环控制器输出的方波信号通过PWM生成八路四对互补的电平信号，每对互补电平信号分别输入到四桥臂逆变器的上下IGBT的栅极中，通过改变PWM占空比改变IGBT的导通时间，控制每一路桥臂的中点电压，通过改变直流电机两端电压的方式控制转速。进一步的，三台直流电机采用四桥臂八开关逆变器驱动，每一路桥臂包括两个绝缘栅双极型晶体管，a桥臂的T1、b桥臂的T3、c桥臂的T5、d桥臂的T7四个IGBT的源极与直流电源DC正极相连，a桥臂的T2、b桥臂的T4、c桥臂的T6、d桥臂的T8四个IGBT的漏极与直流电源DC负极相连，T1的漏极与T2的源极相连，T3的漏极与T4的源极相连，T5的漏极与T6的源极相连，T7的漏极与T8的源极相连。三台直流电机使用特殊串联连接方式，电机A的正极连接逆变器a桥臂T1、T2两个IGBT的中点；电机A的负极和电机B的正极连接逆变器b桥臂T3、T4两个IGBT的中点；电机B的负极和电机C的正极连接逆变器c桥臂T5、T6两个IGBT的中点；电机C的负极连接逆变器d桥臂T7、T8两个IG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三直流电机串联转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、系统参数初始化、采样电路初始化、转速计算初始化、PWM输出初始化；/nS2、采集三台直流电机的转速信息并与转速设定值比较，将得到的转速偏差经PI调节器生成三路电流参考信号

【技术特征摘要】
1.一种三直流电机串联转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、系统参数初始化、采样电路初始化、转速计算初始化、PWM输出初始化；
S2、采集三台直流电机的转速信息并与转速设定值比较，将得到的转速偏差经PI调节器生成三路电流参考信号
S3、经过电流采样和计算获取三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3；
S4、三路电流参考信号运用参考转矩合成算法合成四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4；
S5、三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3运用反馈转矩合成算法变成四路合成反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4；
S6、四路转矩参考信号和四路转矩反馈信号的偏差Ua、Ub、Uc、Ud分别输入到四路转矩滞环控制器的反向输入端，并输出幅值上限和下限互为相反数的方波信号；
S7、运用逆变器开关逻辑生成函数将转矩滞环控制器调节之后的信号经PWM生成四对两两互补的电平信号，输入到四桥臂八开关逆变器中，实现三直流电机串联连接方式独立四象限运行。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，四路参考转矩Tref1、Tref2、Tref3、Tref4具体为：



其中，a1，a2，a3为系统参考转矩对应的直流电机转矩常数。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，四路合成反馈转矩Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4具体为：



其中，b1，b2，b3系统反馈转矩对应的直流电机转矩常数，且bm＝am，m＝1，2，3。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，四路参考转矩与四路反馈转矩的偏差公式如下：



令Ui＝Ua，Ub，Uc，Ud分别为四个转矩滞环控制器的同相输入端电压，U-为转矩滞环控制器的反相输入端电压，Uref为参考电压，Uo为转矩滞环控制器的输出端电压，R1、R2为转矩滞环控制器的参数，令Uref＝0，当Tref-Tfb＞0时，Ui≥U-＞0，当Tref-Tfb＝0时，Ui＞U-，Tfb继续增加，直到Ui≤U-＜0时，


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，转矩滞环控制器的逻辑生成函数如下：



其中，Hn表示上一次比较后的转矩滞环控制器输出，为反相输入电压阈值下限，为反相输入电压阈值上限。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，反相输入电压阈值下限为：



令Tfb逐渐增加，Ui逐渐减小；
反相输入电压阈值上限为



令Tfb逐渐减小，Ui逐渐增大，直到Ui≥U-，Tfb再次逐渐增加，Ui逐渐减小。


7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S7中，用K＝1和K＝0分别表示PWM输出高电平和低电平，Hi＝Ha，Hb，Hc，Hd，分别求出四种情况下的原电平信号Ha-1、Hb-1、Hc-1、Hd-1，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，肖家博，李登峰，李杰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61