基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，包括永磁同步電機，還包括：速度控制器，Clarke變換模塊，park逆變換模塊，多階滯環(huán)比較器，三相逆變器，轉(zhuǎn)速角度測量模塊。本發(fā)明還提供了基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)所采用的控制方法，將測得的三相靜止坐標(biāo)系下的電流經(jīng)過Clarke變換模塊后得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流。采用多階滯環(huán)比較器進行電流跟蹤控制，能在降低開關(guān)器件開關(guān)頻率的同時，使電流快速收斂至誤差域內(nèi)，有效地降低了開關(guān)器件的損耗，進一步使系統(tǒng)具有較強的系統(tǒng)魯棒性和快速響應(yīng)性。
【專利說明】基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)和方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】： 本發(fā)明屬于交流電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢 量控制系統(tǒng)以及控制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 21世紀(jì)以來，全世界不僅面臨著石油危機問題，而且嚴重的環(huán)境污染問題也接踵而 至。汽車尾氣的排放成為大氣污染、溫室效應(yīng)形成的一個重要原因，威脅著人類的生存。在 這樣的環(huán)境下，發(fā)展零排放、新能源汽車得到了全世界人們的重視。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是 電動汽車的核心技術(shù)之一，要使電動汽車具有良好的性能，則必須提高電機工作的穩(wěn)定性 和控制性能。
[0003] 永磁同步電機本身就是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，因此很難對這樣 一個復(fù)雜的系統(tǒng)進行精確的目標(biāo)化控制。20世紀(jì)70年代初，德國學(xué)者F.Blaschke等人提 出了矢量控制原理，針對交流電機這個強耦合的控制對象，采用參數(shù)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論 來解耦，進行矢量變換，仿照直流調(diào)速原理，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能達到直流調(diào)速 的水平。
[0004] 要控制電機歸根結(jié)底是要對其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩進行控制，而其電磁轉(zhuǎn)矩的大小完 全決定于定子電流的幅值和相位。也就是說電磁轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)速度取決于定子電流的跟蹤能 力。現(xiàn)有的電流跟蹤控制方法主要有SPWM、滯環(huán)電流控制、SVPWM等。這些方法各有優(yōu)缺點， 其中滯環(huán)電流控制具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、自然限制峰值電流等優(yōu)點，但是其開關(guān)頻率 隨電流變化率變化而波動，造成開關(guān)損耗比較大。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
： 為了解決現(xiàn)有方法存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量 控制系統(tǒng)和方法，旨在提高電流響應(yīng)速度，減少電流諧波，以使電機能根據(jù)指令快速響應(yīng)， 并且也能有效的減少轉(zhuǎn)矩脈動。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，包 括永磁同步電機，還包括：速度控制器，將給定速度與實際測得的速度之差轉(zhuǎn)化成q軸指 令電流；Clarke變換模塊，將永磁同步電機的三相靜止電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系下的電 流；park逆變換模塊，將兩相旋轉(zhuǎn)指令電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流；多階滯環(huán)比 較器，將兩相靜止坐標(biāo)系下的電流差值輸入，輸出六路PWM波，用于驅(qū)動三相逆變器單元； 三相逆變器，根據(jù)輸入的六路PWM波產(chǎn)生三相電壓，以驅(qū)動永磁同步電機；轉(zhuǎn)速角度測量模 塊，用于測量轉(zhuǎn)速和角度。
[0007] 進一步，所述多階滯環(huán)比較器對軸分別使用四階和三階滯環(huán)比較器。
[0008] 本發(fā)明還提供了基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)所采用的控制方法， 將測得的三相靜止坐標(biāo)系下的電流經(jīng)過Clarke變換模塊后得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電 流。
[0009] 進一步，所述多階滯環(huán)比較器分別輸入指令電流和實測電流的差值，以及指令電 流與實測電流的差值，并將得到的差值進行多階滯環(huán)比較，最后通過開關(guān)矢量表確定六個 開關(guān)的通斷情況。
[0010] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：采用了多階滯環(huán)比較器進行電流跟蹤控制，能在降低 開關(guān)器件開關(guān)頻率的同時，使電流快速收斂至誤差域內(nèi)，有效地降低了開關(guān)器件的損耗，進 一步使系統(tǒng)具有較強的系統(tǒng)魯棒性和快速響應(yīng)性。
[0011]
【專利附圖】
【附圖說明】： 圖1是本發(fā)明的控制方法原理圖； 圖2是本發(fā)明中的多階滯環(huán)比較器的原理圖； 圖3是開關(guān)矢量表。
[0012]
【具體實施方式】： 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0013] 如圖1所示，一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用閉環(huán) 控制，主要包括速度控制器l、park逆變換模塊2、多階滯環(huán)比較器3、三相逆變器4、Clarke 變換模塊5、轉(zhuǎn)速角度測量模塊6和永磁同步電機7。
[0014] 在系統(tǒng)進行工作時，整個系統(tǒng)采用直流供電，輸入的直流電首先會使系統(tǒng)產(chǎn)生一 個初始的PWM信號驅(qū)動三相逆變器4進行工作，三相逆變器4將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，用于 驅(qū)動永磁同步電機7進行工作。
[0015] 在永磁同步電機7工作的同時，轉(zhuǎn)速角度測量模塊6會采集永磁同步電機7的轉(zhuǎn) 速和旋轉(zhuǎn)角度，clarke變換模塊5會采集三相電流。采集到的永磁同步電機7的轉(zhuǎn)速將輸 入到速度控制器1前端中，速度控制器1前端會將永磁同步電機7的實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速 進行比較，并將其差值輸入到速度控制器1進行計算。與此同時，通過轉(zhuǎn)速角度測量模塊6 采集到的電機的旋轉(zhuǎn)角度，通過Park逆變換模塊2,將兩相的旋轉(zhuǎn)指令電流變換成兩相靜 止坐標(biāo)系下的電流。從三相逆變器4采集到的三相靜止電流經(jīng)過clarke變換模塊5得到 兩相靜止坐標(biāo)系下的電流。
[0016] 速度控制器1將給定速度與實際測得的速度之差轉(zhuǎn)化成兩相靜止坐標(biāo)系上的q軸 指令電流，d軸電流一般取0,并將其輸入到Park逆變換模塊2就能得到兩相靜止坐標(biāo)系電 流。將Park逆變換模塊2得到的兩相靜止坐標(biāo)系電流和clarke變換模塊5得到的兩相靜 止坐標(biāo)系電流進行求和差值后輸入到多階滯環(huán)比較器3中，以產(chǎn)生合適的PWM信號驅(qū)動電 機轉(zhuǎn)動。
[0017] 多階滯環(huán)比較器3的輸入是指令電流和實測電流的差值，將得到的差值進行多階 滯環(huán)比較，通過開關(guān)矢量表確定六個開關(guān)的通斷情況，如圖3所示。通過滯環(huán)的方式，電流 誤差被限定在一個誤差域內(nèi)，一旦電流矢量碰到的滯環(huán)邊界，則相應(yīng)分量的滯環(huán)比較器就 會跳轉(zhuǎn)到下一個滯環(huán)寬度運行，相應(yīng)的也會選擇最優(yōu)的開關(guān)矢量來使電流誤差減小。
[0018] 多階滯環(huán)比較器3輸出的是六路PWM波，通過六路PWM波來驅(qū)動三相逆變器4,三 相逆變器4再根據(jù)輸入的六路PWM波產(chǎn)生三相電壓，驅(qū)動永磁同步電機7轉(zhuǎn)動。
[0019] 如圖2所示，多階滯環(huán)比較器3分別使用四階和三階滯環(huán)比較器，這個四階和三階 是根據(jù)逆變器輸出的六個非零電壓矢量經(jīng)過Clarke變換得到的。采用Clarke變換后，對 于q軸有四個電壓矢量，對于d軸有三個電壓矢量，然后根據(jù)分解后的矢量，分別采用一個 四階和一個三階的滯環(huán)比較器。
[0020] 另外，多階滯環(huán)比較器3的滯環(huán)寬度取決于電流控制精度的需要，具體可根據(jù)開
【權(quán)利要求】
1. 一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，包括永磁同步電機，其特征在于： 還包括速度控制器，將給定速度與實際測得的速度之差轉(zhuǎn)化成q軸指令電流；Clarke變換 模塊，將永磁同步電機的三相靜止電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流；park逆變換模 塊，將兩相旋轉(zhuǎn)指令電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流；多階滯環(huán)比較器，將兩相靜止坐 標(biāo)系下的電流差值輸入，輸出六路PWM波，用于驅(qū)動三相逆變器單元；三相逆變器，根據(jù)輸 入的六路PWM波產(chǎn)生三相電壓，以驅(qū)動永磁同步電機；轉(zhuǎn)速角度測量模塊，用于測量永磁同 步電機的轉(zhuǎn)速和角度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述多階滯環(huán)比較器對軸分別使用四階和三階滯環(huán)比較器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多階滯環(huán)的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)所采用的 控制方法，其特征在于：將測得的三相靜止坐標(biāo)系下的電流經(jīng)過Clarke變換模塊后得到兩 相靜止坐標(biāo)系下的電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述多階滯環(huán)比較器分別輸入指令 電流和實測電流的差值，以及指令電流與實測電流的差值，并將得到的差值進行多階滯環(huán) 比較，最后通過開關(guān)矢量表確定六個開關(guān)的通斷情況。
【文檔編號】H02P21/13GK104113255SQ201410295082
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】陳輝, 鄒忠月, 王斌, 王嵩飛, 郝永輝, 趙棟梁 申請人:三門峽速達交通節(jié)能科技股份有限公司