CN104113255A - 基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统，包括永磁同步电机，还包括：速度控制器，Clarke变换模块，park逆变换模块，多阶滞环比较器，三相逆变器，转速角度测量模块。本发明还提供了基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统所采用的控制方法，将测得的三相静止坐标系下的电流经过Clarke变换模块后得到两相静止坐标系下的电流。采用多阶滞环比较器进行电流跟踪控制，能在降低开关器件开关频率的同时，使电流快速收敛至误差域内，有效地降低了开关器件的损耗，进一步使系统具有较强的系统鲁棒性和快速响应性。

Description

基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统和方法

技术领域：

    本发明属于交流电机控制技术领域，具体是涉及一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统以及控制方法。

背景技术：

    21世纪以来，全世界不仅面临着石油危机问题,而且严重的环境污染问题也接踵而至。汽车尾气的排放成为大气污染、温室效应形成的一个重要原因,威胁着人类的生存。在这样的环境下,发展零排放、新能源汽车得到了全世界人们的重视。电机驱动控制系统是电动汽车的核心技术之一，要使电动汽车具有良好的性能，则必须提高电机工作的稳定性和控制性能。

    永磁同步电机本身就是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，因此很难对这样一个复杂的系统进行精确的目标化控制。20世纪70年代初，德国学者F.Blaschke 等人提出了矢量控制原理，针对交流电机这个强耦合的控制对象，采用参数重构的现代控制理论来解耦，进行矢量变换，仿照直流调速原理，使交流调速系统的动、静态性能达到直流调速的水平。 

    要控制电机归根结底是要对其产生的电磁转矩进行控制，而其电磁转矩的大小完全决定于定子电流的幅值和相位。也就是说电磁转矩的响应速度取决于定子电流的跟踪能力。现有的电流跟踪控制方法主要有SPWM、滞环电流控制、SVPWM等。这些方法各有优缺点，其中滞环电流控制具有响应速度快、稳定性好、自然限制峰值电流等优点，但是其开关频率随电流变化率变化而波动，造成开关损耗比较大。 

发明内容：

为了解决现有方法存在的问题，本发明提出了一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统和方法，旨在提高电流响应速度，减少电流谐波，以使电机能根据指令快速响应，并且也能有效的减少转矩脉动。

本发明采用的技术方案为：一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统，包括永磁同步电机，还包括：速度控制器，将给定速度与实际测得的速度之差转化成q轴指令电流；Clarke变换模块，将永磁同步电机的三相静止电流变换到两相静止坐标系下的电流；park逆变换模块，将两相旋转指令电流变换到两相静止坐标系下的电流；多阶滞环比较器，将两相静止坐标系下的电流差值输入，输出六路PWM波，用于驱动三相逆变器单元；三相逆变器，根据输入的六路PWM波产生三相电压，以驱动永磁同步电机；转速角度测量模块，用于测量转速和角度。 

    进一步，所述多阶滞环比较器对轴分别使用四阶和三阶滞环比较器。 

    本发明还提供了基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统所采用的控制方法，将测得的三相静止坐标系下的电流经过Clarke变换模块后得到两相静止坐标系下的电流。 

    进一步，所述多阶滞环比较器分别输入指令电流和实测电流的差值，以及指令电流与实测电流的差值，并将得到的差值进行多阶滞环比较，最后通过开关矢量表确定六个开关的通断情况。 

    本发明产生的有益效果是：采用了多阶滞环比较器进行电流跟踪控制，能在降低开关器件开关频率的同时，使电流快速收敛至误差域内，有效地降低了开关器件的损耗，进一步使系统具有较强的系统鲁棒性和快速响应性。 

附图说明：

    图1是本发明的控制方法原理图；

    图2是本发明中的多阶滞环比较器的原理图；

    图3是开关矢量表。

具体实施方式：

    下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统，该系统采用闭环控制，主要包括速度控制器1、park逆变换模块2、多阶滞环比较器3、三相逆变器4、Clarke变换模块5、转速角度测量模块6和永磁同步电机7。 

 在系统进行工作时，整个系统采用直流供电，输入的直流电首先会使系统产生一个初始的PWM信号驱动三相逆变器4进行工作，三相逆变器4将直流电转换成交流电，用于驱动永磁同步电机7进行工作。 

 在永磁同步电机7工作的同时，转速角度测量模块6会采集永磁同步电机7的转速和旋转角度，clarke变换模块5会采集三相电流。采集到的永磁同步电机7的转速将输入到速度控制器1前端中，速度控制器1前端会将永磁同步电机7的实时转速与设定转速进行比较，并将其差值输入到速度控制器1进行计算。与此同时，通过转速角度测量模块6采集到的电机的旋转角度，通过Park逆变换模块2，将两相的旋转指令电流变换成两相静止坐标系下的电流。从三相逆变器4采集到的三相静止电流经过clarke变换模块5得到两相静止坐标系下的电流。 

 速度控制器1将给定速度与实际测得的速度之差转化成两相静止坐标系上的q轴指令电流，d轴电流一般取0，并将其输入到Park逆变换模块2就能得到两相静止坐标系电流。将Park逆变换模块2得到的两相静止坐标系电流和clarke变换模块5得到的两相静止坐标系电流进行求和差值后输入到多阶滞环比较器3中，以产生合适的PWM信号驱动电机转动。 

    多阶滞环比较器3的输入是指令电流和实测电流的差值，将得到的差值进行多阶滞环比较，通过开关矢量表确定六个开关的通断情况，如图3所示。通过滞环的方式，电流误差被限定在一个误差域内，一旦电流矢量碰到的滞环边界，则相应分量的滞环比较器就会跳转到下一个滞环宽度运行，相应的也会选择最优的开关矢量来使电流误差减小。 

 多阶滞环比较器3输出的是六路PWM波，通过六路PWM波来驱动三相逆变器4，三相逆变器4再根据输入的六路PWM波产生三相电压，驱动永磁同步电机7转动。 

 如图2所示，多阶滞环比较器3分别使用四阶和三阶滞环比较器，这个四阶和三阶是根据逆变器输出的六个非零电压矢量经过Clarke变换得到的。采用Clarke变换后，对于q轴有四个电压矢量，对于d轴有三个电压矢量，然后根据分解后的矢量，分别采用一个四阶和一个三阶的滞环比较器。 

另外，多阶滞环比较器3的滞环宽度取决于电流控制精度的需要，具体可根据开关器件的性能和永磁同步电机7的控制要求通过实验或者仿真确定。 

Claims (4)

1.一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统，包括永磁同步电机，其特征在于：还包括速度控制器，将给定速度与实际测得的速度之差转化成q轴指令电流；Clarke变换模块，将永磁同步电机的三相静止电流变换到两相静止坐标系下的电流；park逆变换模块，将两相旋转指令电流变换到两相静止坐标系下的电流；多阶滞环比较器，将两相静止坐标系下的电流差值输入，输出六路PWM波，用于驱动三相逆变器单元；三相逆变器，根据输入的六路PWM波产生三相电压，以驱动永磁同步电机；转速角度测量模块，用于测量永磁同步电机的转速和角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于：所述多阶滞环比较器对轴分别使用四阶和三阶滞环比较器。

3.根据权利要求1所述的一种基于多阶滞环的永磁同步电机矢量控制系统所采用的控制方法，其特征在于：将测得的三相静止坐标系下的电流经过Clarke变换模块后得到两相静止坐标系下的电流。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述多阶滞环比较器分别输入指令电流和实测电流的差值，以及指令电流与实测电流的差值，并将得到的差值进行多阶滞环比较，最后通过开关矢量表确定六个开关的通断情况。