虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法及系统，属于电机技术领域。本发明专利技术根据虚拟电感参数设定值以三相电流纹波峰值为控制对象，通过三相电流纹波扩频控制模块更新下一开关周期开关频率并计算出三相电流纹波特征拐点预测值；通过采样得到三相电流纹波特征拐点采样值；将三相纹波电流特征拐点的采样值和预测值输入虚拟电感自校正模块，经解耦函数计算及比例积分控制得到虚拟电感校正值；根据虚拟电感校正值，更新虚拟电感参数设定值，从而实现三相电流纹波峰值的高准确度控制。本发明专利技术综合考虑电机自感互感参数，降低了电机运行过程中电感变化对电流纹波预测精度的影响，提高了系统的控制准确度，实现更优的电流纹波控制效果。更优的电流纹波控制效果。更优的电流纹波控制效果。

【技术实现步骤摘要】
虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电机
，更具体地，涉及虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在众多电机种类中，永磁同步电机由于其高效率、高功率密度、简单可靠等优势广泛应用于电动汽车、风机、机床等。近年来，由于新技术、新工艺和新器件的涌现与发展，永磁同步电机的性能得到了进一步的提升，其应用面也在不断拓宽。
[0004]为了降低永磁电机的运行损耗，提升整个电磁系统的安全性与稳定系，国家对控制系统有电流纹波的控制要求。传统系统为了达到此要求采用提升开关频率的方式来降低电流纹波，但这既在一些时刻电流纹波远低于应用需求，造成额外的开关损耗；同时单一的开关频率又会导致开关频次的电磁干扰加剧。根据现有的通过给定参数计算电流纹波从而调整开关频率的方案，虽在参数准确时可以达到较好的控制效果，但在绝大多数情况下，由于母线电压波动、电感随温度变化或磁路因加减载导致的电流、内功率因数角变化而饱和，实际系统参数会背离设定值。这时，使用这种调控方案难以达到期望的纹波控制效果，其纹波控制稳定性也无法保证。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法及系统，建立了永磁电机电流纹波预测的简化模型，用于在保证控制精度的基础上简化控制难度，建立虚拟电感自校正模型，其目的在于基于自校正模型，以虚拟电感为控制对象，降低电流纹波控制误差。
[0006]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，包括以下步骤：
[0007](1)根据虚拟电感设定值，计算下一开关周期内三相电流变化率表达式；
[0008](2)根据电流纹波期望值及所述步骤1中获得的下一开关周期内三相电流变化率表达式更新下一开关周期开关频率，计算下一开关周期内三相电流纹波特征拐点的预测值；
[0009](3)在下一开关周期采样得到三相电流纹波特征拐点的采样值，并根据其与所述步骤(2)中获得的三相电流特征拐点的纹波预测值得到虚拟电感校正值；根据虚拟电感校正值更新所述步骤(1)中的三相电流变化率表达式；
[0010](4)重复所述步骤(1)
‑
(3)由此实现虚拟电感自校正与电流纹波扩频控制。
[0011]进一步地，所述步骤(1)具体包括：
[0012]简化永磁电机数学模型，忽略定子绕组电阻、忽略定子绕组漏自感，则定子绕组互感平均值M
s0
为定子绕组自感平均值L
s0
的一半，定子绕组互感二次谐波幅值M
s2
与定子绕组自感二次谐波幅值L
s2
相等，即 M
s0
＝L
s0
/2；M
s2
＝L
s2
；将由永磁体磁链变化导致的运动反电
势和由定子绕组的自感及互感变化导致的反电势作为稳态反电势，根据调制原理得到上桥臂开关占空比与稳态反电势的关系；
[0013]根据原始电感参数L
s0
、L
s2
和实时电感参数L
s0
'、L
s2
'定义虚拟电感L
V1
、 L
V2
；
[0014]根据虚拟电感、转子位置、稳态反电势、直流母线电压和上桥臂开关状态列写电流方程(KCL)和电压方程(KVL)，得到下一开关周期内不同开关状态对应的三相电流变化率表达式。
[0015]进一步地，所述步骤(3)具体包括：
[0016](3.1)下一开关周期采样得到三相电流纹波特征拐点的采样值；
[0017](3.2)根据所述步骤(3.1)中得到的三相电流纹波特征拐点采样值与所述步骤(2)得到的三相电流纹波特征拐点的预测值，通过虚拟电感解耦函数分别得到反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c
；
[0018](3.3)将所述步骤(3.2)中得到的反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c
作差，经比例积分控制器得到虚拟电感校正值。根据虚拟电感校正值更新虚拟电感设定值，进而更新所述步骤(1)中的三相电流变化率表达式；
[0019](3.4)重复步骤(1)～(3)使得虚拟电感最终稳定到真实值。
[0020]进一步地，所述步骤(3.1)具体包括：
[0021]在一个开关周期内，于变换器每相上桥臂开关动作时采样A，B，C三相电流；
[0022]将开关周期内电流基波看作线性变化，通过所述三相电流采样值得到该开关周期内基波电流线性表达式；
[0023]将各三相电流采样值与对应时刻的基波电流值作差，得到三相电流纹波特征拐点的采样值。
[0024]进一步地，所述步骤(3.2)具体包括：
[0025]根据得到的三相电流纹波与虚拟电感的关系，由此得到虚拟电感解耦函数，方程表达式计算结果与虚拟电感大小正相关。
[0026]分别将由所述步骤(3.1)得到的三相电流纹波特征拐点采样值、所述步骤(2)得到的三相电流纹波特征拐点预测值作为输入，通过虚拟电感解耦函数求解出反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c
。
[0027]逆变器输出电压为开关频次的阶梯波，电机的运动反电势为电周期频次的正弦波，二者电压差值则为由于流经三相耦合电感的电流波动产生的反电动势。经过简化的电机模型，可以将永磁电机自感和互感矩阵等效变化为含L
s0
、L
s2
、和转子位置的矩阵，根据KCL、KVL方程可将三相电流解耦得到独立的电流变化率表达式。
[0028]基于虚拟电感参数自校正技术，本专利技术通过电流纹波期望值及电流变化率表达式等条件可以得到下一时刻的开关周期，从而对逆变器进行扩频控制，有效减小了主电路开关损耗并降低了电机系统的EMI噪声峰值。
[0029]本专利技术另一方面提供了一种虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制系统，包括：
[0030]控制器、三相电流纹波扩频控制模块、虚拟电感自校正模块，所述控制器用于在k
‑
1开关周期将k开关周期的上桥臂开关占空比发送至三相电流纹波扩频控制模块；
[0031]所述三相电流纹波扩频控制模块用于在k
‑
1开关周期根据虚拟电感设定值，计算k
开关周期内三相电流变化率表达式，并根据电流纹波期望值计算并更改k开关周期的开关频率，并将k开关周期的三相电流纹波特征拐点的预测值发送给虚拟电感自校正模块；
[0032]所述虚拟电感自校正模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)根据虚拟电感设定值，计算下一开关周期内三相电流变化率表达式；(2)根据电流纹波期望值及步骤(1)中获得的下一开关周期内三相电流变化率表达式更新下一开关周期开关频率，计算下一开关周期内三相电流纹波特征拐点的预测值；(3)在下一开关周期采样得到三相电流纹波特征拐点的采样值，并根据其与所述步骤(2)中获得的三相电流纹波特征拐点的预测值得到虚拟电感校正值；根据虚拟电感校正值更新虚拟电感设定值；(4)重复所述步骤(1)
‑
(3)，由此实现虚拟电感自校正与电流纹波扩频控制。2.如权利要求1所述的虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：简化永磁电机数学模型，忽略定子绕组电阻、忽略定子绕组漏自感，将由永磁体磁链变化导致的运动反电势和由定子绕组的自感及互感变化导致的反电势作为稳态反电势，根据调制原理得到上桥臂开关占空比与稳态反电势的关系；根据原始电感参数L
s0
、L
s2
和实时电感参数L
s0
'、L
s2
'定义虚拟电感L
V1
、L
V2
；根据虚拟电感、转子位置、稳态反电势、直流母线电压和上桥臂开关状态列写电流方程和电压方程，得到下一开关周期内不同开关状态对应的三相电流变化率表达式。3.如权利要求1所述的虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：(3.1)下一开关周期采样得到三相电流纹波特征拐点的采样值；(3.2)根据所述步骤(3.1)中得到的三相电流纹波特征拐点的采样值与所述三相电流纹波特征拐点的预测值，通过虚拟电感解耦函数分别得到反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c
；(3.3)将所述步骤(3.2)中得到的反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c
作差，经比例积分控制器得到虚拟电感校正值，根据虚拟电感校正值更新所述步骤(1)中的三相电流变化率表达式。4.如权利要求3所述的虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，其特征在于，所述步骤(3.1)具体包括：在一个开关周期内，于变换器每相上桥臂开关动作时采样ABC三相电流；将开关周期内电流基波看作线性变化，通过所述三相电流采样值得到该开关周期内基波电流线性表达式；将各三相电流采样值与对应时刻的基波电流值作差，得到三相电流纹波特征拐点的采样值。5.如权利要求3所述的虚拟电感自校正的永磁电机电流纹波扩频控制方法，其特征在于，所述步骤(3.2)具体包括：根据得到的三相电流纹波与虚拟电感的关系，推导虚拟电感解耦函数；分别将三相电流纹波特征拐点的采样值、三相电流纹波特征拐点预测值作为输入，通过虚拟电感解耦函数求解出反馈解耦函数值F
v1m
、F
v2m
与预测解耦函数值F
v1c
、F
v2c

【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，任浩天，倪锴，石昊晨，王宏喆，张冲，曲荣海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：