本發(fā)明涉及無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于混合邏輯動態(tài)模型的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)建模方法。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)外對于混雜動態(tài)系統(tǒng)理論有了深入的研究，這使得用其研究電力電子電路成為可能，同時它也為電力電子系統(tǒng)建模提供了許多新的方案，諸如混雜自動機機模型、層次結(jié)構(gòu)樟型、邏輯轉(zhuǎn)換模型、petri網(wǎng)模型、有限自動機模型、切換系統(tǒng)模型、混合邏輯動態(tài)系統(tǒng)模型等。
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體工藝的高頻化以及大功率化發(fā)展，電力電子電路已應(yīng)用在幾乎所有的電力電子設(shè)備中，并在其中擔(dān)任供應(yīng)電源或控制器等關(guān)鍵部位。因此，對電力電子電路的應(yīng)用一直是一個熱點。目前，對電力電子電路的應(yīng)用主要集中在建模、控制以及故障診斷等方面，其中，電力電子電路的建模是各項研究的基礎(chǔ)，根據(jù)對系統(tǒng)模型忽略程度的不同，電力電子電路的模型主要分為小信號等效電路模型和大信號等效電路模型。
在無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，電機驅(qū)動系統(tǒng)由電機本體、逆變器、傳感器和控制器組成，電機控制系統(tǒng)的分析和涉及大都基于逆變器和電機的數(shù)學(xué)模型，逆變器根據(jù)控制器發(fā)出的開關(guān)信號調(diào)制出一定頻率和幅值的電壓脈沖序列，是一個典型的非線性環(huán)節(jié)，這些電壓脈沖作用在感性的電機繞組上產(chǎn)生連續(xù)的狀態(tài)電流，因此，逆變器和電機構(gòu)成了一個由離散事件驅(qū)動連續(xù)狀態(tài)演化的混雜系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，在構(gòu)建無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)時，針對逆變器的模型通常是采用狀態(tài)空間平均法，將逆變器視為一個線性放大器，對一個調(diào)制周期內(nèi)的開關(guān)模式做時域上的平均處理，而這種建模方法就存在如下缺點：它無法將電機驅(qū)動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程揭示出來，只考慮了電路的控制變遷，而沒有描述與電路連續(xù)狀態(tài)相關(guān)的條件變遷，這就很容易導(dǎo)致系統(tǒng)中重要信息的丟失，不利于功率管狀態(tài)的分析，同時對于逆變器內(nèi)部的故障分析和診斷也就無能為力。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供能夠?qū)㈦姍C驅(qū)動系統(tǒng)的瞬態(tài)過程揭示出來的一種基于混合邏輯動態(tài)模型的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)建模方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于混合邏輯動態(tài)模型的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)建模方法，所述無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)包括電源、無刷直流電機、傳感器以及控制器，所述無刷直流電機是由一個恒壓源、電機本體以及三相全橋逆變器組成，所述電機本體包括三相對稱星型繞組以及三相反電動勢，所述三相全橋逆變器由六個功率開關(guān)器件兩兩串聯(lián)得到的三個半橋電路、分別并聯(lián)在六個功率開關(guān)器件上的六個二極管組成，所述三相繞組對應(yīng)著a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，所述a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組分別對應(yīng)連接在三相全橋逆變器的三個橋臂的中點，所述建模方法包括以下步驟：
(1)、根據(jù)三相全橋逆變器以及電機本體所組成的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，再根據(jù)基爾霍夫定律得出電機本體的三相繞組的電壓；
(2)、將三相全橋逆變器的六個功率開關(guān)器件定為t1，t2，t3，t4，t5，t6，六個功率開關(guān)器件的開關(guān)信號定義為s1，s2，s3，s4，s5，s6，將六個功率開關(guān)器件看做理想開關(guān)，定義開關(guān)信號等于“1”是表示開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)信號等于“0”時表示開關(guān)關(guān)斷，定義三項繞組電流ia,ib，ic流入三相繞組時表示方向為正，流出繞組時表示方向為負(fù)，則可以根據(jù)開關(guān)信號值和三相繞組電流方向來得出a相、b相以及c相三個繞組端的對地電壓和相電壓；
(3)、設(shè)定系統(tǒng)的輔助邏輯變量，即δ＝[δ1δ2δ3]t；
(4)、根據(jù)步驟(2)得出的a相、b相以及c相三個繞組端的對地電壓和相電壓來確定無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的離散輸入變量，結(jié)合步驟(1)中的三相繞組的電壓這個連續(xù)的狀態(tài)變量以及步驟(3)中的輔助邏輯變量可以得出包含連續(xù)變量和離散變量的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)模型。
步驟(1)中所述的電機本體的三相繞組的電壓為：
步驟(4)中所述的離散輸入變量為：
步驟(4)中所述的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)模型為：
其中，i＝[ia、ib、ic]t為系統(tǒng)的狀態(tài)向量；e＝[ea、eb、ec]t為反電勢向量，可視為系統(tǒng)的連續(xù)輸入向量；
本發(fā)明的有益效果是：所述建模方法即考慮了系統(tǒng)的離散控制變遷又考慮了系統(tǒng)的連續(xù)狀態(tài)變遷，避免了故障信息的丟失，提高了故障診斷的實時性和可靠性，本發(fā)明通過分析逆變器和電機系統(tǒng)的運行模式，建立了逆變器和電機的混合邏輯動態(tài)模型，很好地描述了逆變器故障時系統(tǒng)的輸出特性，為后續(xù)的故障診斷提供準(zhǔn)確的故障信息。
附圖說明
圖1為無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的等效電路圖；
具體實施方式
以下參照附圖并結(jié)合具體實施方式來進(jìn)一步描述發(fā)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施，本發(fā)明保護范圍并不受限于該具體實施方式。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于混合邏輯動態(tài)模型的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)建模方法，所述無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)包括電源、無刷直流電機、傳感器以及控制器，所述無刷直流電機是由一個恒壓源、電機本體以及三相全橋逆變器組成，所述電機本體包括三相對稱星型繞組以及三相反電動勢，所述三相全橋逆變器由六個功率開關(guān)器件兩兩串聯(lián)得到的三個半橋電路、分別并聯(lián)在六個功率開關(guān)器件上的六個二極管組成，所述三相繞組對應(yīng)著a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組，所述a相電樞繞組、b相電樞繞組以及c相電樞繞組分別對應(yīng)連接在三相全橋逆變器的三個橋臂的中點，所述建模方法包括以下步驟：
(1)、根據(jù)三相全橋逆變器以及電機本體所組成的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，再根據(jù)基爾霍夫定律得出電機本體的三相繞組的電壓；
(2)、將三相全橋逆變器的六個功率開關(guān)器件定為t1，t2，t3，t4，t5，t6，六個功率開關(guān)器件的開關(guān)信號定義為s1，s2，s3，s4，s5，s6，將六個功率開關(guān)器件看做理想開關(guān)，定義開關(guān)信號等于“1”是表示開關(guān)導(dǎo)通，開關(guān)信號等于“0”時表示開關(guān)關(guān)斷，定義三項繞組電流ia,ib，ic流入三相繞組時表示方向為正，流出繞組時表示方向為負(fù)，則可以根據(jù)開關(guān)信號值和三相繞組電流方向來得出a相、b相以及c相三個繞組端的對地電壓和相電壓；
(3)、設(shè)定系統(tǒng)的輔助邏輯變量，即δ＝[δ1δ2δ3]t；
(4)、根據(jù)步驟(2)得出的a相、b相以及c相三個繞組端的對地電壓和相電壓來確定無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的離散輸入變量，結(jié)合步驟(1)中的三相繞組的電壓這個連續(xù)的狀態(tài)變量以及步驟(3)中的輔助邏輯變量可以得出包含連續(xù)變量和離散變量的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)模型。
步驟(1)中所述的電機本體的三相繞組的電壓為：
步驟(2)中，以a相為例，結(jié)合圖1中對地點g點，則連續(xù)電流模式下a點的對地電壓uag可以用式來描述為：
如果ia＞0,s1＝0,s2＝1,那么uag＝0；
如果ia＞0,s1＝1,s2＝0,那么uag＝vdc；
如果ia＞0,s1＝0,s2＝0,那么uag＝0；
如果ia＜0,s1＝0,s2＝1,那么uag＝0；
如果ia＜0,s1＝0,s2＝1,那么uag＝vdc；
如果ia＜0,s1＝0,s2＝0,那么uag＝vdc；其中vdc無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的電源電壓；
步驟(2)中根據(jù)電機的繞組為三相對稱星型繞組滿足ia+ib+ic＝0，電機本體的三相反電勢處于平衡狀態(tài)可以滿足ea+eb+ec＝0，則可以得出a相、b相以及c相三個繞組端的相電壓滿足：uan+ubn+ucn＝0。
步驟(4)中所述的離散輸入變量為：
步驟(4)中所述的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)模型為：
其中，i＝[ia、ib、ic]t為系統(tǒng)的狀態(tài)向量；e＝[ea、eb、ec]t為反電勢向量，可視為系統(tǒng)的連續(xù)輸入向量；