一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统及方法技术方案

本属于航空电动飞机电推进系统电动机用逆变器拓扑设计及其控制技术领域，尤其涉及一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统及方法，步骤一：采集受控永磁同步电机A、B相电流，并经PARK变换、转速环

【技术实现步骤摘要】
一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统及方法


[0001]本专利技术属于航空电动飞机电推进系统电动机用逆变器拓扑设计及其控制
，尤其涉及一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，为了缓解和解决飞机对环境的影响以及对石油资源的依赖，新能源电动飞机获得了长远的发展，电动飞机是指以电机带动螺旋桨、涵道风扇或其他装置产生前进动力的飞机，其性能和用途主要取决于电推进系统，电推进系统由为电动飞机提供推力的电机及相关装置构成，是电动飞机的核心。目前安装在电动飞机上的电动机主要为有刷和无刷永磁直流电动机。随着对电动飞机续航和效率的要求越来越高，目前广泛应用于军用和民用飞机的270V直流母线电压体制已经无法满足储能以及控制需求，540V甚至更高体制的直流母线电压获得了更多的关注。
[0003]现有的航空电动飞机电推系统多以两电平逆变器作为功率转换的核心控制单元，如表1所示，两电平逆变器每相桥臂只有两种电平状态，其结构简单可靠，控制容易实现，但伴随着航空电动飞机电推进系统直流母线电压的提升，用电容量的日益增长，两电平逆变器不能满足飞机高开关频率、高额定电压、低谐波输出、低电磁干扰，同时保证高效率、低发热的要求。因此，为了适应未来电动飞机电推系统的需求，需要对逆变器的结构以及控制方法进行改进。在结构方面，需要采用三电平逆变器拓扑，并优化控制结构的布局，提高系统的功重比。在控制方面，目前三电平逆变器存在两方面的问题，一是三电平逆变器存在中点电压不平衡问题，不平衡电压过高会对航空电推进系统的安全性造成威胁，这是飞机这种高安全性，高可靠性设备所不能允许的。另一方面，目前的三电平逆变器中点电压平衡策略往往计算过程繁杂，复杂的运算不仅造成数字化软件编写逻辑复杂，芯片资源占用严重，还会对控制器运行稳定性带来负面影响。本专利给出了适用于电动飞机电推进系统的三电平拓扑结构，并给出了配套的一种方便数字化编程实现，简单可靠的新型三电平中点电压平衡控制方法。
[0004]表1两电平逆变器单相桥臂电平状态表
[0005]
技术实现思路

[0006]本明的目的：提出一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统及方法。
[0007]一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统，包括：依次相连的受控永磁同
步电机、PARK变换模块、转速环
‑
电流环PI控制模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块、扇区判断变换模块、开关时间计算模块、中点电压抑制模块、PWM波生成模块、三电平逆变器；
[0008]所述PARK变换模块采集受控永磁同步电机A、B相电流，经转速环
‑
电流环PI控制模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块后输出三相电压；
[0009]所述扇区判别变换模块根据输入的三相电压判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置，并将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由两电平扇区表示；并输出两电平基准下的目标矢量V
ref
’
；
[0010]开关时间计算模块根据目标矢量V
ref
’
计算开关管的通断时间；
[0011]中点电压抑制模块根据从三电平逆变器采集到的中点电压大小调整开关管的通断时间；
[0012]PWM波生成模块根据调整后的开关管通断时间生成12路PWM波控制三电平逆变器生成目标三相电压从而控制受控永磁同步电机运转。
[0013]一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制方法，所述方法用于控制所述的系统，所述方法包括以下步骤：
[0014]步骤一：采集受控永磁同步电机A、B相电流，并经PARK变换、转速环
‑
电流环PI控制、PARK逆变换、CLARK逆变换计算三相电压V
a
、V
b
、V
c
；
[0015]步骤二：根据三相电压判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置；
[0016]步骤三：将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由两电平扇区表示；并输出两电平基准下的目标矢量V
ref
’
；
[0017]步骤四：根据两电平基准下的目标矢量V
ref
’
计算开关管通断时间；
[0018]步骤五：从三电平逆变器采集中点电压，并根据中点电压大小调整开关管的通断时间；
[0019]步骤六：根据调整后的开关管通断时间生成12路PWM波输出至三电平逆变器。
[0020]进一步，所述步骤二中，三电平扇区为将正六边形每条边的中点分别与正六边形中心连线将正六边形划分为六个扇区，分别定义为主扇区1～主扇区6；通过下表根据三相电压V
a
、V
b
、V
c
判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置：
[0021]V
a
V
b
V
c
主扇区>0<0<01>0>0<02<0>0<03<0>0>04<0<0>05>0<0>06。
[0022]进一步，所述步骤三中，通过以下过程将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由类两电平扇区表示：
[0023]步骤31：将目标矢量V
ref
所在主扇区扩展为六边形类两电平矢量图；六边形类两电平矢量图的边长为三电平扇区边长的一半，以六边形类两电平矢量图中心为零矢量V0，定义以V0为矢量起点，分别以六边形类两电平矢量六个顶点为重点的六个矢量分别为V1～V6；
六边形类两电平矢量图逆时针分为1～6个区域，定义为子扇区1～6，三电平逆变器矢量图总共有6个主扇区，一共有36个子扇区；
[0024]步骤32：将目标矢量V
ref
起点转换到六边形类两电平矢量图中心，化为V
ref
’
；
[0025]V
ref
’
＝V
ref
‑
V
map
；
[0026]V
map
为匹配矢量，匹配矢量根据下表确定：
[0027][0028]其中，V
dc
为三电平逆变器输入直流母线电压，α和β数值代表的是匹配矢量Vmap在CLARK坐标系下α轴和β轴上的投影；P，O，N表示三电平逆变器A,B,C三相桥臂的状态，如下表所示：
[0029][0030]进一步，所述步骤四中，根据V
ref
’
计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制系统，其特征在于：所述系统包括：依次相连的受控永磁同步电机、PARK变换模块、转速环
‑
电流环PI控制模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块、扇区判断变换模块、开关时间计算模块、中点电压抑制模块、PWM波生成模块、三电平逆变器；所述PARK变换模块采集受控永磁同步电机A、B相电流，经转速环
‑
电流环PI控制模块、PARK逆变换模块、CLARK逆变换模块后输出三相电压；所述扇区判别变换模块根据输入的三相电压判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置，并将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由两电平扇区表示；并输出两电平基准下的目标矢量V
ref
’
；开关时间计算模块根据目标矢量V
ref
’
计算开关管的通断时间；中点电压抑制模块根据从三电平逆变器采集到的中点电压大小调整开关管的通断时间；PWM波生成模块根据调整后的开关管通断时间生成12路PWM波控制三电平逆变器生成目标三相电压从而控制受控永磁同步电机运转。2.一种电动飞机电推进系统三电平逆变器控制方法，所述方法用于控制权利要求1所述的系统，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：采集受控永磁同步电机A、B相电流，并经PARK变换、转速环
‑
电流环PI控制、PARK逆变换、CLARK逆变换计算三相电压V
a
、V
b
、V
c
；步骤二：根据三相电压判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置；步骤三：将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由两电平扇区表示；并输出两电平基准下的目标矢量V
ref
’
；步骤四：根据两电平基准下的目标矢量V
ref
’
计算开关管通断时间；步骤五：从三电平逆变器采集中点电压，并根据中点电压大小调整开关管的通断时间；步骤六：根据调整后的开关管通断时间生成12路PWM波输出至三电平逆变器。3.根据权利要求2所述的三电平逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤二中，三电平扇区为将正六边形每条边的中点分别与正六边形中心连线将正六边形划分为六个扇区，分别定义为主扇区1～主扇区6；通过下表根据三相电压V
a
、V
b
、V
c
判断目标矢量V
ref
在三电平扇区内所在位置：V
a
V
b
V
c
主扇区>0<0<01>0>0<02<0>0<03<0>0>04<0<0>05>0<0>06。4.根据权利要求3所述的三电平逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤三中，通过以下过程将目标矢量V
ref
由三电平扇区表示变换为由类两电平扇区表示：步骤31：将目标矢量V
ref
所在主扇区扩展为六边形类两电平矢量图；六边形类两电平矢
量图的边长为三电平扇区边长的一半，以六边形类两电平矢量图中心为零矢量V0，定义以V0为矢量起点，分别以六边形类两电平矢量六个顶点为重点的六个矢量分别为V1～V6；六边形类两电平矢量图逆时针分为1～6个区域，定义为子扇区1～6，三电平逆变器矢量图总共有6个主扇区，一共有36个子扇区；步骤32：将目标矢量V
ref
起点转换到六边形类两电平矢量图中心，化为V
ref
’
；V
ref
’
＝V
ref
‑
V
map
；V
map
为匹配矢量，匹配矢量根据下表确定：为匹配矢量，匹配矢量根据下表确定：其中，V
dc
为三电平逆变器输入直流母线电压，α和β数值代表的是匹配矢量Vmap在CLARK坐标系下α轴和β轴上的投影；P，O，N表示三电平逆变器A,B,C三相桥臂的状态，如下表所示：5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤明，段晓丽，刘一丹，范恺，张海峥，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：