CN108173469B

CN108173469B - 一种双三相电机九开关逆变器驱动系统及控制方法

Info

Publication number: CN108173469B
Application number: CN201810054376.9A
Authority: CN
Inventors: 林海; 周熙炜; 陈金平; 司利云; 龚贤武; 巩建英; 陈俊硕; 李耀华
Original assignee: Changan University
Current assignee: Tianjin Tianhai hub motor technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: CN108173469A

Abstract

本发明公开了一种双三相电机九开关逆变器驱动系统控制方法，首先分别获取两个三相电机的实际转速，将两个电机的实际转速与给定转速经过速度调节后得到转速误差；然后将两个三相电机的转速误差经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流，将得到的给定电流经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流，将参考电流和实际电流经过电流调节模块后得到电流误差，将各独立桥臂所连接的相绕组中的电流误差分别送入滞环控制器中，滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制，本发明发适用于多种不同类型的三相交流电机，具有算法简单、响应快和精度高的优点，实现简单，适用范围广。

Description

一种双三相电机九开关逆变器驱动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种双三相电机九开关逆变器驱动系统及控制方法。

背景技术

随着社会生活和工业生产更高需求，双电机驱动系统具有低压大功率输出，高功率密度、适于容错运行等优点，因此得到广泛重视。传统的多电机驱动系统中最常用的控制结构是每台三相电机均由一台三相逆变器独立控制，这样造成功率器件多，增加了电机驱动系统的成本，并且驱动系统繁琐；需要进行逻辑运算，大大增加了控制系统的相应速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双三相电机九开关逆变器驱动系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双三相电机九开关逆变器驱动系统，包括三相九开关逆变器、控制器和两个三相电机、三相电机M1和相电机M2控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次连接的转速PI控制器、参考电流发生器、滞环控制器和PWM生产单元；电流检测传感器连接于三相永磁同步电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相永磁同步电机的三相电流，将检测到的三相电流送到参考电流发生器；霍尔位置传感器用于检测两个三相永磁同步电机的霍尔信号并送到转速PI控制器；

三相九开关逆变器包括三个并联的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2和逆变器桥臂L3，三个逆变器桥臂均由三个串联的功率开关管组成；

三相电机M1的绕组A与逆变桥臂L1的上中点a相连；三相电机M1的绕组B与逆变桥臂L2的上中点b相连；三相电机M1的绕组C与逆变桥臂L3的上中点c相连；

三相电机M2的绕组U与逆变桥臂L1的下中点x相连；三相电机M2的绕组V与逆变桥臂L2的下中点y相连；三相电机M2的绕组W与逆变桥臂L3的下中点z相连；

进一步的，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。

进一步的，两个三相电机采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相交流异步电机。

一种双三相电机九开关逆变器驱动系统控制方法，首先分别获取两个三相电机的实际转速，将两个电机的实际转速与给定转速经过速度调节后得到转速误差；然后将两个三相电机的转速误差经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流，将得到的给定电流经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流，将参考电流和实际电流经过电流调节模块后得到电流误差，将各独立桥臂所连接的相绕组中的电流误差分别送入滞环控制器中，滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制。

进一步的，具体包括以下步骤：

步骤1)、系统进行初始化，利用霍尔位置传感器分别将两个三相电机M₁、M₂的转子霍尔位置信号采集到主控单元中，主控单元将霍尔位置信号解析为两个三相电机的转子位置信号θ₁、θ₂和角速度信号ω₁、ω₂并送人到转速PI控制器中，利用电流传感器获取两个三相电机的三相电流信号I_A、I_B、I_C和I_U、I_V、I_W分别送入到参考电流发生器中；

步骤2)、在参考电流发生器中得到两个三相电机的给定电流I₁ ^*、I₂ ^*；

步骤3)将给定电流I₁ ^*、I₂ ^*经过参考电流发生器计算得到两个三相电机M1、M2的三相参考电流；

步骤4)、两个三相电机M1、M2的三相参考电流I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*和实际检测的电流I_A、I_B、I_C和I_U、I_V、I_W各自计算电流误差后得到两个电机M1、M2的对应的电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆；

步骤5)、利用六个电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆信号可以计算得到六个滞环控制器输入信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6；

再将信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6，输入到六个滞环控制器后，可以得到双三相电机九开关三相逆变器九个功率开关T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉的触发信号S_k、S_k+3、S_k+6，即可实现对两个电机M1、M2的有效控制。

进一步的，在参考电流发生器中设定两个三相电机M1、M2的给定参考转速ω₁ ^*、ω₂ ^*，并与实际转速ω₁、ω₂经过速度调节模块后得到转速误差e_ω1、e_ω2：

转速误差e_ω1、e_ω2经过转速PI控制器得到给定参考电流I₁ ^*、I₂ ^*：

式中，K_p为正值比例常数，K_I为正值积分常数。

进一步的，对于三相永磁同步电机或三相异步电动机，两个电机M1、M2的三相参考电流分别为I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*：

进一步的，电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆的计算公式如下：

进一步的，六个滞环控制器输入信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6计算如下：

式中，k＝1,2,3。

进一步的，触发信号S_k、S_k+3、S_k+6计算如下：

式中，ε为一个正值常数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种双三相电机九开关逆变器驱动系统，通过利用三相九开关逆变器连接两个三相电机，利用控制器驱动双三相电机系统，以节省三个功率器件，大大的降低多电机驱动系统的成本。

本发明一种双三相电机九开关逆变器驱动系统控制方法，首先分别获取两个三相电机的实际转速，将两个电机的实际转速与给定转速经过速度调节后得到转速误差；然后将两个三相电机的转速误差经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流，将得到的给定电流经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流，将参考电流和实际电流经过电流调节模块后得到电流误差，将各独立桥臂所连接的相绕组中的电流误差分别送入滞环控制器中，滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制，本发明发适用于多种不同类型的三相交流电机，具有算法简单、响应快和精度高的优点，实现简单，适用范围广。

附图说明

图1为本发明系统控制方法流程示意图。

图2为本发明逆变器系统的结构示意图。

图3为本发明控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图2、图3所示，一种双三相电机九开关逆变器驱动系统，包括三相九开关逆变器、控制器和两个三相电机，控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次连接的转速PI控制器、参考电流发生器、滞环控制器和PWM生产单元；电流检测传感器连接于三相永磁同步电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相永磁同步电机的三相电流，将检测到的三相电流送到参考电流发生器；霍尔位置传感器用于检测两个三相永磁同步电机的霍尔信号并送到转速PI控制器；

三相九开关逆变器包括三个并联的逆变器桥臂L1、逆变器桥臂L2和逆变器桥臂L3，三个逆变器桥臂均由三个串联的功率开关管组成；两个三相电机为三相电机M1和三相电机M2；

功率开关管均采用IGBT或MOSFET；

两个三相电机采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相交流异步电机；

如图1所示，一种双三相电机九开关逆变器驱动系统控制方法，采用电流滞环控制方法，首先分别获取两个三相电机的实际转速，将两个电机的实际转速与给定转速经过速度调节后得到转速误差；然后将两个三相电机的转速误差经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流，将得到的给定电流经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流，将参考电流和实际电流经过电流调节模块后得到电流误差，将各独立桥臂所连接的相绕组中的电流误差分别送入滞环控制器中，滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制。

具体包括以下步骤：

步骤2)、两个三相电机M1、M2的给定参考转速ω₁ ^*、ω₂ ^*与实际转速ω₁、ω₂经过速度调节模块后得到转速误差e_ω1、e_ω2：

式中，K_p为正值比例常数，K_I为正值积分常数；

步骤3)将给定电流I₁ ^*、I₂ ^*经过参考电流发生器计算得到两个三相电机M1、M2的三相参考电流；对于三相永磁同步电机或三相异步电动机，两个电机M1、M2的三相参考电流分别为I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*：

步骤4)、两个三相电机M1、M2的三相参考电流I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*和实际检测的电流I_A、I_B、I_C和I_U、I_V、I_W各自计算电流误差后得到两个电机M1、M2的对应的电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆：

步骤5)、利用六个电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆信号可以计算得到六个滞环控制器输入信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6：

式中，k＝1,2,3。

再将信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6，输入到六个滞环控制器后，可以得到双三相电机九开关三相逆变器九个功率开关T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉的触发信号S_k、S_k+3、S_k+6：即可实现对两个电机M1、M2的有效控制。

式中，ε为一个正值常数。

Claims

1.一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，所述双三相电机九开关逆变器驱动系统包括三相九开关逆变器、控制器、三相电机M1和相电机M2，控制器包括电流检测传感器、霍尔位置传感器以及依次连接的转速PI控制器、参考电流发生器、滞环控制器和PWM生产单元；电流检测传感器连接于三相电机的电枢绕组端口，用于检测两个三相电机的三相电流，将检测到的三相电流送到参考电流发生器；霍尔位置传感器用于检测两个三相电机的霍尔信号并送到转速PI控制器；

首先分别获取两个三相电机的实际转速，将两个电机的实际转速与给定转速经过速度调节后得到转速误差；然后将两个三相电机的转速误差经过PI控制器得到两个三相电机的给定电流，将得到的给定电流经过参考电流发生器得到两个三相电机的参考电流，将参考电流和实际电流经过电流调节模块后得到电流误差，将各独立桥臂所连接的相绕组中的电流误差分别送入滞环控制器中，滞环控制器产生的信号经过PWM产生单元，利用PWM产生单元来实现对两个三相电机的控制；具体包括以下步骤：

步骤3)、将给定电流I₁ ^*、I₂ ^*经过参考电流发生器计算得到两个三相电机M1、M2的三相参考电流；

步骤4)、两个三相电机M1、M2的三相参考电流I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*和实际检测的电流I_A、I_B、I_C和I_U、I_V、I_W各自计算电流误差后得到两个电机M1、M2的对应的电流误差e₁、e₂、e₃和e₄、e₅、e₆；

步骤5)、利用六个电流误差e₁、e₂、e₃和e₄、e₅、e₆信号可以计算得到六个滞环控制器输入信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6；

再将信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6，输入到六个滞环控制器后，可以得到双三相电机九开关三相逆变器九个功率开关T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉的触发信号S_k、S_k+3、S_k+6，即可实现对两个电机M1、M2的有效控制，k＝1,2,3。

2.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，功率开关管均采用IGBT或MOSFET。

3.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，两个三相电机采用三相永磁同步电机、三相无刷直流电机或三相交流异步电机。

4.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，在参考电流发生器中设定两个三相电机M1、M2的给定参考转速ω₁ ^*、ω₂ ^*，并与实际转速ω₁、ω₂经过速度调节模块后得到转速误差e_ω1、e_ω2：

式中，K_p为正值比例常数，K_I为正值积分常数。

5.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，对于三相永磁同步电机或三相异步电动机，两个电机M1、M2的三相参考电流分别为I_A ^*、I_B ^*、I_C ^*和I_U ^*、I_V ^*、I_W ^*：

6.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，电流误差e₁、e₂、e₃、和e₄、e₅、e₆的计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，六个滞环控制器输入信号δ_k、δ_k+3、δ_k+6计算如下：

式中，k＝1,2,3。

8.根据权利要求1所述的一种双三相电机九开关逆变器驱动系统的控制方法，其特征在于，触发信号S_k、S_k+3、S_k+6计算如下：

式中，ε为一个正值常数。