永磁同步电机矢量控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机矢量控制系统，它包括矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入滤波器和电压检测电路，原理如下：矩阵变换器的双空间矢量调制是把矩阵变换器等效成具有虚拟直流的交直变换环节和直交变换环节，实质上就是对输入电流和输出电压分别进行空间矢量控制。优点如下：（１）矩阵变换器采用双空间矢量调制策略，不仅能够保证网侧功率因数，且实现了交交直接变换，避免了中间直流环节，减小了变换器的体积重量；（２）矩阵变换器能够实现能量双向流动，能实现永磁同步电机的四象限工作；（３）体积小、成本低。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机矢量控制系统一、
本专利技术涉及一种永磁同步电机控制系统，尤其涉及一种运用矢量技术对永磁同步电机进行控制的系统。二、
技术介绍
现有的永磁同步电机系统都是使用交直交变换器驱动实现矢量控制。采用交直交变换器为了满足网侧的功率因数，还需在整流侧加入功率因数校正电路。但是加入单相的PFC环节后，一方面增大了变换器的体积重量，价格成本也相应上升，另一方面不可避免会有变换器级联问题的引入，而目前如何分析级联变换器的稳定性、可靠性还不够成熟。而若采用三相的PFC技术，目前这方面的技术还不够完善，且需要的功率管较多，成本高，可靠性低。三、
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种利用矩阵变换器驱动的永磁同步电机矢量控制系统。2、技术方案：为了达到上述的专利技术目的，本专利技术的永磁同步电机矢量控制系统包括矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入滤波器和电压检测电路，其中，矩阵变换器主功率电路包括三个双向开关模块，每个双向开关模块的三个输出端与永磁同步电机的一相绕组连接，每个双向开关模块的三个输入端分别接入三相交流电源的一相；矩阵变换器控制器包括一个DSP和一个CPLD；输入三相电压的相区信号经过电压检测电路再传送至矩阵变换器控制器，依次经过矩阵变换器控制器中的DSP和CPLD处理后产生控制信号对矩阵变换器主功率电路进行控制。为了本系统的工作安全，三相电压经过隔离降压电路后再输入电压检测电路。矩阵变换器控制器与矩阵变换器主功率电路之间设有驱动电路，其作用是驱动放大矩阵变换器控制器的输出信号，使其足以驱动主功率电路的双向功率开关模块。矩阵变换器控制器还包括延时电路，CPLD处理后产生控制信号经延时电路延时后再传输至矩阵变换器主功率电路，以防止同一桥臂的直通现象。-->矩阵变换器控制器还包括电流检测器和速度角度检测器，电流检测器将矩阵变换器主功率电路的输出电流信号反馈至矩阵变换器控制器的DSP，速度角度检测器将永磁同步电机的速度角度信号反馈至矩阵变换器控制器的DSP。矩阵变换器主功率电路与永磁同步电机之间设有过压吸收装置，目的是为防止在开关切换过程中产生高压尖峰，在矩阵变换器主功率电路输出端加入了过压吸收，保证电路可靠运行。矩阵变换器控制器中设有过流保护装置，其输出端与CPLD连接，输入端与驱动电路的输出端连接。本专利技术的原理如下：矩阵变换器的双空间矢量调制是把矩阵变换器等效成具有虚拟直流的交直变换环节和直交变换环节，实质上就是对输入电流和输出电压分别进行空间矢量控制。虚拟的交直变换环节对输入电流的空间矢量调制是为了得到正弦的输入电流波形和高输入功率因数，直交变换环节对输出电压的空间矢量调制是为了得到频率和幅值可调的正弦电压。交直环节即为虚拟的整流器环节，采取空间矢量法，得到输入电流与虚拟的直流电流之间的关系，将虚拟整流器的6个功率开关的9种有效的开关组合，映射到电流空间的9个静止的空间电流矢量，其中包括6个非零矢量和3个零矢量。对于时域的三相瞬时输入电流，可用派克变换映射为旋转的电流空间矢量。而旋转的电流空间矢量可以由6个非零的静止矢量和3个零矢量脉宽调制合成。直交环节即为逆变调制，类似于输入电流的调制过程。在三相矩阵变换器中，输出电压实际上都是有输入电压直接调制而成的，因此就有去除假想的直流环节，直接进行交交矢量调制得到理想的交流输出。由于输入电流空间静止矢量将输入电流空间划分为六个区域，输出电压空间也被划分为六个区域，则任意时刻两者存在36种组合情况。本专利技术将双空间矢量的矩阵变换器与永磁同步电机的矢量控制技术相结合，实现了对永磁同步电机的解耦控制，构成了矩阵变换器驱动的永磁电机的速度、电流双闭环控制系统。矩阵变换器—永磁同步电机矢量控制系统工作原理如图3所示：速度给定信号nref与速度反馈信号nf相比较，其误差信号经过PI调节器得到交直电流的给定信号Iqref。为了实现矢量控制，直轴电流给定Idref＝0。把静止坐-->标系下的三相电机电流变换为旋转坐标下的交直轴电流Iq、Id，分别与交直轴给定电流Iqref、Idref经过PI调节后得到给定的交直轴电压Vqref、Vdref，然后经过坐标变换及空间矢量映射得到矩阵变换器输出电压的控制量，实现对系统的闭环控制。本专利技术的矢量控制系统的软件部分包括DSP与CPLD软件的设计。DSP软件可分为主程序和中断程序构成，主程序负责控制量和系统的初始化，检测软件的起动信号。中断程序完成矢量控制和矩阵变换器的调制信号的计算。CPLD采用VHDL语言编写，实现开关信号的控制和保护。CPLD控制信号译码功能的工作原理为：对输入电流和输出电压分别采用空间矢量调制，由于输入电流矢量有6个相区，输出电压矢量也存在6个相区，这样组合会存在36种组合状态，可以得到译码的具体关系。而译码的工作在CPLD中完成。图6所示为输出电压输入电流均处于第一相区时转换规律，其余的35种状态也可类似推导，如下表所示：                   当电压电流第一相区时开关译码表  输入状态码  输出状态码  占空比PWM码  控制信号(s1，s2…s9)  001  001  1111  100010100  001  001  0111  100001100  001  001  0011  100001001  001  001  0001  100010010  001  001  0000  1001001003、有益效果：本专利技术的永磁同步电机矢量控制系统的优点如下：(1)矩阵变换器采用双空间矢量调制策略，不仅能够保证网侧功率因数，且实现了交交直接变换，避免了中间直流环节，减小了变换器的体积重量；(2)矩阵变换器能够实现能量双向流动，能实现永磁同步电机的四象限工作；(3)体积小、成本低。四、附图说明图1是矩阵变换器主电路示意图；图2是本专利技术的系统框图；图3是矩阵变换器控制器原理框图；图4是输入电压检测电路及原理波形图；图5是输出控制信号延时电路及原理波形图；-->图6是CPLD控制信号译码示意图。五、具体实施方式如图1、图2和图3所示，本实施例的永磁同步电机矢量控制系统包括矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入滤波器和电压检测电路，其中，矩阵变换器主功率电路采用IXYS的双向开关模块(FI050-12BD)，包括三个双向开关模块，每个双向开关模块的三个输出端分别与永磁同步电机的一相绕组连接，每个双向开关模块的三个输入端分别接入三相交流电源的一相；矩阵变换器控制器包括一个DSP和一个CPLD，DSP采用TMS320LF2407，负责控制信号处理与计算，CPLD采用MACH4A5，其功能是实现开关信号的转换，得到9个功率开关的调制波；输入三相电压相区信号经过电压检测电路再传送至矩阵变换器主功率电路中DSP的A/D转换口，处理后输入CPLD，经CPLD进行译码，处理后产生控制信号对矩阵变换器主功率电路进行控制。为了本系统的工作安全，三相电压经过隔离降压电路后再输入电压检测电路。矩阵变换器控制器与矩阵变换器主功率电路之间设有驱动电路，其作用是驱动放大矩阵变换器控制器的输出信号，使其足以驱动主功率电路的双向功率开关模块。矩阵变换器控制器还包括延时电路，CPLD处理后产生控制信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，该系统包括矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入滤波器和电压检测电路，其中，矩阵变换器主功率电路包括三个双向开关模块，每个双向开关模块的三个输出端与永磁同步电机的一相绕组连接，每个双向开关模块的三个输入端分别接入三相交流电源的一相；矩阵变换器控制器包括一个ＤＳＰ和一个ＣＰＬＤ；输入三相电压的相区信号经过电压检测电路再传送至矩阵变换器控制器，依次经过矩阵变换器控制器中的ＤＳＰ和ＣＰＬＤ处理后产生控制信号对矩阵变换器主功率电路进行控制。

【技术特征摘要】
1、一种永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，该系统包括矩阵变换器主功率电路、矩阵变换器控制器、输入滤波器和电压检测电路，其中，矩阵变换器主功率电路包括三个双向开关模块，每个双向开关模块的三个输出端与永磁同步电机的一相绕组连接，每个双向开关模块的三个输入端分别接入三相交流电源的一相；矩阵变换器控制器包括一个DSP和一个CPLD；输入三相电压的相区信号经过电压检测电路再传送至矩阵变换器控制器，依次经过矩阵变换器控制器中的DSP和CPLD处理后产生控制信号对矩阵变换器主功率电路进行控制。2、如权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，三相电压经过隔离降压电路后再输入电压检测电路。3、如权利要求1或2所述的永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，矩阵变换器控制器与矩阵变换器主功率电路之间设有驱动电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛红娟，张绍，苏国庆，周波，王培强，刘佰华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]