一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统，将d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；根据电机直流母线电压与测量噪声确定零电压矢量模式分界点电压幅值，并与指令电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；根据非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值；根据电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；将三相开关变动的时间值与三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号实现电机脉宽调制驱动。本发明专利技术提升电流环性能，减少开关次数，延长功率器件使用寿命。器件使用寿命。器件使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统


[0001]本专利技术属于电机驱动
，具体涉及一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统。

技术介绍

[0002]目前对电机进行的高性能驱动方法主要分为矢量控制与直接转矩控制。传统矢量控制通过电流反馈控制器与空间矢量脉宽调制技术对电机、电流进行控制，其结构简单、应用广泛，但也存在动态响应差、开关频率高、损耗大的缺点。
[0003]针对动态响应差的缺点，目前有双次采样双次更新的优化方案，在一个载波周期内进行两次系统采样并更新两次PWM占空比，以减小占空比更新延时时间和电机转子位置角采样误差，可在不增加功率器件开关频率的前提下，提高电流环的动态性能。
[0004]针对开关频率高、开关损耗大的缺点，目前一种基于最小开关次数策略的新型开关表被广泛应用于电机的直接转矩控制中。与传统开关表相比，使用含零电压矢量的新型开关表系统的开关次数可减少一半，进而降低了开关损耗。

技术实现思路

[0005]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，提供一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统，用于解决动态响应差与开关频率高、开关损耗大的技术问题，提升电流环性能的同时，减少开关次数，延长功率器件使用寿命。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种电机脉宽调制优化驱动方法，包括以下步骤：
[0008]S1、通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；
[0009]S2、将步骤S1得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；
[0010]S3、根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将步骤S2得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；
[0011]S4、根据步骤S3得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t
a
,t
b
,t
c
；
[0012]S5、根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；
[0013]S6、将步骤S4得到的三相开关变动的时间值t
a
,t
b
,t
c
与步骤S5得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。
[0014]具体的，步骤S1中，转子正交坐标系下d、q轴电流具体为：
[0015][0016]其中，i
d
、i
q
分别表示经变换后得到的d、q轴电流；θ表示实时采样的转子电角度值；i
a
、i
b
、i
c
分别表示实时采样的a、b、c三相电流。
[0017]具体的，步骤S2中，d、q轴指令电压为：
[0018][0019]其中，u表示输出电压，P表示比例环节；I表示积分环节；T
s
表示电流控制周期；s为积分算子；i表示反馈电流；i
*
表示指令电流。
[0020]具体的，步骤S3中，当电机d轴和q轴指令电压时，设置为零电压矢量模式；当电机d轴和q轴指令电压时，设置为非零电压矢量模式，V0为零电压矢量模式分界点的电压幅值。
[0021]具体的，步骤S4中，三相开关变动时间值t
a
,t
b
,t
c
的关系如下：
[0022][0023][0024][0025][0026]其中，T
s
为采样周期，T1,T2为非零空间电压矢量作用时间。
[0027]进一步的，以ABC三轴为基准将包含所有电压矢量的平面域划分为六个扇区，通过定子正交坐标系下αβ电压矢量所处扇区位置进行判断，扇区判断具体为：
[0028][0029]其中，u
α
、u
β
分别表示的α、β轴电压。
[0030]进一步的，在非零电压矢量模式下计算占空比；将各扇区等幅映射到定子三相坐标系下，得到合成该指令电压所需扇区的相邻两轴电压值；通过与直流母线电压U
dc
和采样周期T
S
运算得非零空间电压矢量作用时间T1,T2具体为：
[0031][0032][0033]其中，T
dcom
为死区补偿时间。
[0034]具体的，步骤S5中，零电压矢量模式：当时间整数倍于采样周期T
s
/2时，根据上一周期终值为0或T
s
/2，保持该值不变，生成一段采样周期单位的水平波；
[0035]非零电压矢量模式下：当时间整数倍于采样周期T
s
/2时，根据上一周期终值为0或T
s
/2，以该值为初值，生成一段采样周期单位的斜率为1或
‑
1的半三角载波。
[0036]具体的，步骤S6中，在任意控制周期内，非零电压矢量模式下的开关信号按时间顺序经历从(000)到(111)或从(111)到(000)，通过t
a
,t
b
,t
c
与半三角载波信号的对比生成开关的时序变化指令；当三角波幅值小于t
a
时，A相开关信号为低电平；当三角波幅值大于等于t
a
时，A相开关信号为高电平。
[0037]第二方面，本专利技术实施例提供了一种电机脉宽调制优化驱动系统，包括：
[0038]采样模块，通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；
[0039]计算模块，将采样模块得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；
[0040]划分模块，根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将计算模块得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；
[0041]时间模块，根据划分模块得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t
a
,t
b
,t
c
；
[0042]载波模块，根据划分模块得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；
[0043]驱动模块，将时间模块得到的三相开关变动的时间值t
a
,t
b
,t
c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；S2、将步骤S1得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；S3、根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将步骤S2得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；S4、根据步骤S3得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t
a
,t
b
,t
c
；S5、根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；S6、将步骤S4得到的三相开关变动的时间值t
a
,t
b
,t
c
与步骤S5得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。2.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S1中，转子正交坐标系下d、q轴电流具体为：其中，i
d
、i
q
分别表示经变换后得到的d、q轴电流；θ表示实时采样的转子电角度值；i
a
、i
b
、i
c
分别表示实时采样的a、b、c三相电流。3.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S2中，d、q轴指令电压为：其中，u表示输出电压，P表示比例环节；I表示积分环节；T
s
表示电流控制周期；s为积分算子；i表示反馈电流；i
*
表示指令电流。4.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S3中，当电机d轴和q轴指令电压时，设置为零电压矢量模式；当电机d轴和q轴指令电压时，设置为非零电压矢量模式，V0为零电压矢量模式分界点的电压幅值。5.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S4中，三相开关变动时间值t
a
,t
b
,t
c
的关系如下：的关系如下：
其中，T
s
为采样周期，T1,T2为非零空间电压矢量作用时间。6.根据权利要求5所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，以ABC三轴为基准将包含所有电压矢量的平面域划分为六个扇区，通过定子正交坐标系下αβ电压矢量所处扇区位置进行判断，扇区判断具体为：其中，u
α
、u
β<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铮，晁源辰，马志鹏，许睦旬，梅雪松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：