一種五橋臂電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率變換器控制領(lǐng)域，涉及一種五橋臂電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法：(1)將兩臺(tái)電機(jī)的三相定子電流分別經(jīng)abc/dq坐標(biāo)變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流分量；(2)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)采用PI控制器；(3)利用直流母線電壓、兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓參考值，通過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生兩電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比參考值；(4)在每個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)行占空比的優(yōu)化和調(diào)制。本發(fā)明保證公共橋臂能夠在調(diào)制周期內(nèi)同時(shí)控制兩臺(tái)電機(jī)，解決兩電機(jī)控制的解耦問(wèn)題，同時(shí)有效減少兩電機(jī)受零電壓矢量控制的時(shí)間，提高直流母線電壓的利用率，擴(kuò)展系統(tǒng)的調(diào)速范圍。
【專利說(shuō)明】—種五橋臂電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率變換器控制領(lǐng)域，特別涉及五橋臂逆變器驅(qū)動(dòng)兩電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，軌道交通、造紙、紡織、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中亟需多電機(jī)高性能協(xié)調(diào)控制技術(shù)，多電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)也成為科研界研究的熱點(diǎn)。
[0003]目前對(duì)于兩臺(tái)三相電機(jī)，通常需要雙電壓源逆變器對(duì)其進(jìn)行控制，其調(diào)制策略一般采用空間矢量脈寬調(diào)制。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)在多相電壓源逆變器上的發(fā)展，為多電機(jī)的驅(qū)動(dòng)開(kāi)辟了新的途徑。其中五橋臂電壓源逆變器(FL-VSI)自提出以來(lái)，得到了眾多學(xué)者的關(guān)注，并已被嘗試用于兩電機(jī)的控制系統(tǒng)中。與傳統(tǒng)雙電壓源逆變器，即六橋臂電壓源逆變器相比，五橋臂電壓源逆變器減少了一個(gè)橋臂，故兩臺(tái)電機(jī)需公用一個(gè)橋臂，該公共橋臂需滿足在調(diào)制周期內(nèi)同時(shí)控制兩電機(jī)的要求。因此，五橋臂電壓源逆變器的調(diào)制方法是實(shí)現(xiàn)對(duì)兩電機(jī)獨(dú)立控制的關(guān)鍵所在。
[0004]為了避免兩電機(jī)同時(shí)控制時(shí)公共橋臂開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)不同而引起的沖突，有學(xué)者提出了半周期控制法，即把五橋臂電壓源逆變器的一個(gè)控制周期劃分為兩個(gè)半周期，在每個(gè)半周期內(nèi)分別獨(dú)立地控制一臺(tái)電機(jī)，另一臺(tái)電機(jī)則由零電壓矢量控制。該方法有效地將一個(gè)控制周期內(nèi)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)的同時(shí)控制轉(zhuǎn)化為兩個(gè)半周期內(nèi)對(duì)兩臺(tái)電機(jī)分時(shí)的獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了兩電機(jī)速度和位置的精確控制，但由于零矢量作用時(shí)間變長(zhǎng)，使得兩電機(jī)對(duì)直流母線電壓的利用率偏低，調(diào)速范圍有限。故長(zhǎng)期以來(lái)許多學(xué)者致力于如何提高兩電機(jī)對(duì)直流母線電壓利用率方面的研究，有學(xué)者采用載波調(diào)制技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)來(lái)調(diào)制兩電機(jī)的相電壓和各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，再將所得占空比進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)驅(qū)動(dòng)五橋臂兩電機(jī)系統(tǒng)。該調(diào)制方式提高了兩電機(jī)對(duì)直流母線電壓的利用率，但電機(jī)啟動(dòng)時(shí)占空比會(huì)超出[0，1]的范圍。也有學(xué)者采用模型預(yù)測(cè)控制方法，系統(tǒng)地選擇五橋臂逆變器的每個(gè)橋臂的有效電壓矢量，簡(jiǎn)化了調(diào)制方式，提高了直流母線電壓的利用率，但在一定程度上削弱了控制系統(tǒng)的控制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于解決五橋臂逆變器驅(qū)動(dòng)兩電機(jī)系統(tǒng)中存在的電壓利用率及調(diào)速范圍等問(wèn)題，提出一種電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法，保證公共橋臂能夠在調(diào)制周期內(nèi)同時(shí)控制兩臺(tái)電機(jī)，解決兩電機(jī)控制的解耦問(wèn)題，同時(shí)有效減少兩電機(jī)受零電壓矢量控制的時(shí)間，提高直流母線電壓的利用率，擴(kuò)展系統(tǒng)的調(diào)速范圍。
[0006]一種五橋臂電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法，五橋臂電壓源逆變器與兩個(gè)電機(jī)的連接方式為，第一電機(jī)的定子al、bl相與逆變器的A、B橋臂相連，第二電機(jī)的定子a2、b2相與逆變器的E、D橋臂相連，逆變器的C橋臂作為公共橋臂，分別與兩電機(jī)的定子C相相連，所述的方法為:[0007](I)設(shè)第一電機(jī)的三相定子電流分別為IalUblUcl，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角分別為《工、Q1，第二電機(jī)的三相定子電流分別為ia2、ib2、ie2，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角分別為ω2、θ2，五橋臂直流母線電壓為Ud。，將兩臺(tái)電機(jī)的三相定子電流分別經(jīng)abc/dq坐標(biāo)變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流分量；
[0008](2)設(shè)d軸的參考電流4 = O ,轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI控制器，輸出第一電機(jī)q軸電流給定值iqi_ref和第二電機(jī)Q軸電流給定值?f ；電流環(huán)米用PI控制器，輸出第一電機(jī)的d軸和q軸電壓參考值Udl Mf、uql μ以及第二電機(jī)的d軸和q軸電壓參考值Ud2 μ、uq2 Mf，經(jīng)dq/ α β坐標(biāo)變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的第一電機(jī)的電壓參考值Ual Mf、U01ref和第二電機(jī)的電壓
參考值 U a 2—ref、U β 2—ref ?
[0009](3)利用直流母線電壓、兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓參考值，通過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生第一電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比參考值3al，δ bl, δ &和第一電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比參考值Sa2, δ b2, δ c2 ；
[0010](4)設(shè)δ A、δ B、δ c、δ D、δ ￡為五橋臂逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)優(yōu)化后的占空比，Up<u)
分別為作用于第一電機(jī)和第二電機(jī)的零矢量(1，1，1)的占空比，在每個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)行占空比的優(yōu)化和調(diào)制，步驟如下:
[0011](a)計(jì)算兩電機(jī)c相各自的占空比δε1、δ。2及兩電機(jī)占空比之差πι=δ
m=0,則令 δ Α= δ al，δΒ=δω，δ c= δ cl, δ ?= δ b2, δ Ε= δ a2，轉(zhuǎn)入第(f)步；若 m>0,則轉(zhuǎn)入第
(b)步；若111〈0,則轉(zhuǎn)入第(d)步；
[0012](b)計(jì)算兩電機(jī)總占空比可調(diào)節(jié)的最大額度Δ，若名.,.,< m <A,則令
【權(quán)利要求】
1.一種五橋臂電壓源逆變器的占空比優(yōu)化調(diào)制方法，五橋臂電壓源逆變器與兩個(gè)電機(jī)的連接方式為，第一電機(jī)的定子al、bl相與逆變器的A、B橋臂相連，第二電機(jī)的定子a2、b2相與逆變器的E、D橋臂相連，逆變器的C橋臂作為公共橋臂，分別與兩電機(jī)的定子C相相連，所述的方法為: (1)設(shè)第一電機(jī)的三相定子電流分別為，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角分別為ωρθ17第二電機(jī)的三相定子電流分別為ia2、ib2、ie2，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角分別為ω2、θ2，五橋臂直流母線電壓為Ud。，將兩臺(tái)電機(jī)的三相定子電流分別經(jīng)abc/dq坐標(biāo)變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流分量；(2)設(shè)d軸的參考電流=0，轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI控制器，輸出第一電機(jī)q軸電流給定值iql—和第二電機(jī)q軸電流給定值μ ;電流環(huán)米用PI控制器，輸出第一電機(jī)的d軸和q軸電壓參考值udl—Mf、Uql ref以及第二電機(jī)的d軸和q軸電壓參考值ud2—raf、Uq2 ref,經(jīng)dq/ α β坐標(biāo)變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的第一電機(jī)的電壓參考值Ual Mf、U01 ref和第二電機(jī)的電壓參考值 U a 2—ref、U β 2—ref ? (3)利用直流母線電壓、兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓參考值，通過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生第一電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比參考值δ al，δ bl, δ u和第一電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比參考值δ a2, 5b2, δ c2 ； (4)設(shè)δΑ、δΒ、δ。、δΒ、δΕ*五橋臂逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)優(yōu)化后的占空比，.,分別為作用于第一電機(jī)和第二電機(jī)的零矢量(1，1，1)的占空比，在每個(gè)采樣周期內(nèi)進(jìn)行占空比的優(yōu)化和調(diào)制，步驟如下: (a)計(jì)算兩電機(jī)c相各自的占空比δε1、δ。2及兩電機(jī)占空比之差m=δ el-δ。2，若m=0,則令 δ A= 5 al，5 B= 5 bl，5 C= δ Cl，5 D= δ b2，5 E= δ a2，轉(zhuǎn)入第(f)步;若111>0，則轉(zhuǎn)入第(b)步；若m〈0,則轉(zhuǎn)入第(d)步； (b)計(jì)算兩電機(jī)總占空比可調(diào)節(jié)的最大額度Λ，若C1,m <Δ,則令Sa =4r(m- ^ l li ), δΒ =Shl-(m-c>^mh f>c =(%r(m-cfux,).Sa=Sk2+0,]ΛΛ}.4 =4:+(?,,".轉(zhuǎn)入第(f)步；若"巴* 則令 δ A= 5 al? δ B= δ bl，5 C= 5 Cl，5 D= 5 b2+ffl，5 E= 5 a2+ffl，轉(zhuǎn)入第(f)步；若m> Δ，則轉(zhuǎn)入第(C)步； (C)計(jì)算三相占空比在可調(diào)范圍內(nèi)的最大值δ _和兩電機(jī)C相占空比之差的最小值Hl1,若滿足smax+mi ( 1，則令=<5al'" 5β =f%1-S^hn.<?D =f%2+d;"u.l;十層 I, =<Sa2+07m,轉(zhuǎn)入第(f)步；若 Smax+mAl，則令 δΑ=δ3?，δΒ=δω，5 C= 5 Cl? H 5 E= 5 Cl，轉(zhuǎn)入第⑴步； (d)計(jì)算兩電機(jī)總占空比可調(diào)節(jié)最大額度A=K丨,’若42 <-爾弘則令
)’ ?'β =J|,[+(-m-d'(]ir,).Sv ).1p =ih2~^ 4 =4a-<%j.r,' 轉(zhuǎn)入第(f)步；若-wMkn，則令 δ A= δ al，δΒ=δΜ，δ c= δ cl, δ D= δ b2+m, δ Ε= δ a2+m,轉(zhuǎn)入第(f)步;若-m> △，則轉(zhuǎn)入第(e)步； (e)計(jì)算二相占空比在可調(diào)范圍內(nèi)的最小值δmin和兩電機(jī)c相占空比之差的最小值m2，若滿足Smin-m2≥0則令
【文檔編號(hào)】H02P5/74GK103595310SQ201310591451
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】史婷娜, 張必軍, 夏長(zhǎng)亮 申請(qǐng)人:天津大學(xué)