一种基于H桥逆变器的永磁容错电机改进电流滞环控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁容错电机改进电流滞环控制方法，包括：该方法应用于控制永磁容错电机的H桥逆变电路，在一个采样周期内，将给定电机转速与实际转速进行比较、将比较后的差值输入至转速PI调节器进行计算得到电机在d

【技术实现步骤摘要】
一种基于H桥逆变器的永磁容错电机改进电流滞环控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及基于H桥逆变器的永磁容错电机控制，是一种永磁容错电机改进电流滞环控制方法。

技术介绍

[0002]目前关于永磁容错电机的控制算法主要还是应用于双绕组及三相永磁同步电机，它们的定子结构多为3相绕组带中性点结构，它们的控制拓扑多为3相六桥臂结构，而永磁容错电机的定子绕组采用各项独立的单层集中式结构，它的控制拓扑为各相独立的H桥拓扑驱动方式，由于其独立的绕组结构优势，使其直接通过控制每相H桥来调节每相绕组电流变得更加容易和可靠。截止目前国内对于永磁容错电机这种基于H桥拓扑的控制算法，已经出现了较多类型，例如，直接转矩容错控制，模型预测电流容错控制，模糊电流滞环控制等。但是受制于符合实际的低采样频率和控制算法的复杂程度，这些算法在符合实际工况的低频(1K～100K)时，电机每相电流脉动和电磁转矩脉动较大，实际效果不理想。现有技术中公开了一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法(申请号：CN201811168570.6)，该方法将速度误差和误差变化量作为模糊逻辑控制器输入，输出量G与滞环控制器输出信号匹配，控制PWM产生相应占空比的六路PWM信号，控制逆变器的六个功率开关管，使得电机稳定运行，该申请与传统方法相比，电流跟踪控制的响应速度和稳态精度较好。但是该方法电机的控制拓扑为3相6桥臂、和六相永磁轮缘推进电机的H桥控制拓扑不同，但控制方法可以进行比较。它采用的是模糊滞环电流控制算法，是在传统电流滞环基础上进行的改进，是采用变占空比的控制算法，控制效果较传统电流滞环控制要好，但是该方案是基于固定环宽的电流滞环控制算法，但是当控制器母线电压一定时，在一个转速周期内，转子位置不同，电流的变化率也不同，所以固定环宽很难找到最为合适的占空比。

技术实现思路

[0003]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种永磁容错电机改进电流滞环控制方法，该方法应用于H桥拓扑的永磁容错电机结构，包括：
[0004]在一个采样周期内，将给定电机转速与实际转速进行比较、将比较后的差值输入至转速PI调节器进行计算得到电机在d
‑
q坐标系下的电流值，通过Park反变换和Clark反变换得到永磁容错电机的相电流给定值；
[0005]根据电机实际角速度和转子位置计算绕组当前的反电动势，在固定开关频率下，根据各相绕组的反电动势、直流母线电压、绕组电感计算本次采样周期对应的环宽；
[0006]根据采样时的每相绕组实际电流值确定电流所在区域、进而获取每个固定采样周期内最优占空比；
[0007]基于最优占空比通过PWM调制的方式得到每个采样周期所需要的驱动脉冲并输送到H桥逆变器中，从而对永磁容错电机进行控制。
[0008]进一步的，所述环宽h采用如下方式获取：根据每相绕组的反电动势e、采样频率f、
母线电压V
dc
以及每相绕组电感L获得每次采样周期内的环宽h：
[0009][0010]进一步的，在每个采样周期开始时，相电流实际波形存在三种状态为环的下侧、环的内侧和环的上侧，
[0011]第一种状态∶i
ref
‑
i>h
[0012]此时相电流实际值在给定值i
ref
以下，且相电流与给定值的差值超过了环宽h，则给予该相绕组正向电压，定义这段时间为t
up
，再给予该相绕组反向电压定义这段时间为t
down
，
[0013][0014]则按照该时间顺序控制单相H桥逆变电路先上升到环宽的最高值再下降，直至本次周期结束，在保证实际相电流在环宽内运动的前提下，确定一个采样周期内H桥拓扑4个开关管的最佳开关动作，从而确定一个采样周期的占空比
[0015]由于出现t
up
+t
down
≠T的情况，所以分两种情况进行重新计算t
up
和t
down
[0016][0017]在第二种状态下:选择让相电流先下降到环底在上升到环顶部在下降，直到一个采样周期结束；在第三种状态下选择让相电流下降到环底在上升，直到采样周期结束，或者存在相电流上升到环顶在下降的情况，则将第二、三种状态采用一种控制方式求出电流下降时间t
down
、上升时间t
up
：
[0018]第二种状态下：
‑
h≤i
ref
‑
i≤h；
[0019]第三种状态下：i
ref
‑
i<
‑
h
[0020]根据当前采样周期求出的最合适的环宽计算开关管的开通关断时间，即计算电流上升时间t
up
、电流下降时间t
down
：
[0021][0022]由于出现t
up
+t
down
≠T的情况，所以分两种情况进行重新计算t
up
和t
down
，进而计算占空比
[0023][0024]基于上述技术方案，本专利技术提供的一种永磁容错电机改进电流滞环控制方法，该方法通过分析一个采样周期相电流可能的动态过程，提出了变环宽、变占空比改进控制方法；在10KHz采样频率下，改进电流滞环控制算法，相对于传统电流滞环控制算法有以下几点优势：1、电机相电流的正弦度明显更好，2、电机相电流的波动程度更低，3、电机的电磁转矩转矩脉动明显降低，因此该方法“基于H桥拓扑的永磁容错电机改进电流滞环控制方法”,在低频时相对传统电流滞环控制方法效果好很多，可以说在低频下具有和大多数复杂算法高频时一样好的控制效果，完全满足实际控制需求，且控制算法简单，为基于H桥拓扑控制的永磁容错电机提供了一个非常实用且可靠的控制算法，同时该方法也适用于任何基于H桥逆变器拓扑控制的实验设备。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术中六相永磁容错电机结构示意图
[0027]图2为本专利技术中六相永磁容错电机电流滞环改进控制方法框图
[0028]图3为本专利技术中无故障下采用传统电流滞环控制方法的B相电流波形图
[0029]图4为本专利技术中无故障下采用改进电流滞环控制方法的B相电流波形图
[0030]图5为本专利技术中无故障下采用传统电流滞环控制方法的电磁转矩波形图
[0031]图6为本专利技术中无故障下采用改进电流滞环控制方法的电磁转矩波形图
[0032]图7为本专利技术中A相开路故障下采用传统电流滞环控制方法的B相电流波形图
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁容错电机改进电流滞环控制方法，其特征在于：该方法应用于控制永磁容错电机的H桥逆变电路，包括：在一个采样周期内，将给定电机转速与实际转速进行比较、将比较后的差值输入至转速PI调节器进行计算得到电机在d
‑
q坐标系下的电流值，通过Park反变换和Clark反变换得到永磁容错电机的相电流给定值；根据电机实际角速度和转子位置计算绕组当前的反电动势，在固定开关频率下根据各相绕组的反电动势、直流母线电压、绕组电感计算本次采样周期对应的滞环宽度h；根据采样时的每相绕组实际电流值确定电流所在区域、进而获取每个固定采样周期内最优占空比；基于最优占空比通过PWM调制的方式得到每个采样周期所需要的驱动脉冲并输送到H桥逆变器中，从而对永磁容错电机进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于：所述环宽h采用如下方式获取：根据每相绕组的反电动势e、采样频率f、母线电压V
dc
以及每相绕组电感L获得每次采样周期内的环宽h：3.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于：在每个采样周期开始时，相电流实际波形存在三种状态：为环的下侧、环的内侧和环的上侧，第一种状态∶i
ref
‑
i>h此时相电流实际值在给定值i
ref
以下，且相电流与给定值的差值超过了环宽h，则给予该相绕组正向电压，定义这段时间为t
up
，再给予该相绕组反向电压,定义这段时间为t
down
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱景伟，王志彬，赵锡阳，刘咏涵，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：