CN108462420B - 一种非对称载波双随机调制的电机减振方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，所述方法的实现系统包括：电压源逆变桥、永磁同步电机、转子位置检测模块、坐标变换模块、PI调节模块、非对称载波双随机SVPWM模块六个部分。所述非对称载波双随机SVPWM模块包含扇区判断模块、电压矢量计算模块、零矢量计算模块、随机数发生器、零矢量随机分配模块、载波发生器、调制波发生器、PWM发生器。其中，所述零矢量随机分配模块和所述载波发生器用于实现双随机调制，零矢量随机分配模块用于实现零矢量的随机分配，载波发生器用于实现非对称载波周期的随机化。所述非对称载波双随机方法可实现抑制电机全频段振动的目标，为抑制电机振动提供一种有效的控制方法。

Description

一种非对称载波双随机调制的电机减振方法
技术领域
本发明涉及一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，属于电机控制领域。
背景技术
永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motor)具有效率高、结构简单、可靠性高等特点，广泛应用于汽车、家用电器、医疗及航空航天等领域。随着社会的发展，电机的振动、噪声水平已被列为衡量其质量的一项重要指标。PMSM变频调速系统通常采用电压型逆变器来驱动电机，逆变器产生电压脉冲的谐波分量会使电机在开关频率及其倍频处产生明显噪声。通过采用不同控制方法改变相电流谐波分布规律，可使电机振动特性发生改变，进而抑制电机的振动。
针对采用不同控制可改变电机振动特性的问题，国内外进行了许多探讨。“基于统一PWM调制器的随机空间矢量调制”(见《中国电机工程学报》，2007)对HPWM方法的详细分析，得到一种统一的基于空间矢量随机PWM方法，使电机振动得到了抑制。“基于矢量控制系统的双随机PWM技术研究”(见《中国电机工程学报》，2010)提出一种基于矢量控制系统的双随机调制策略，在固定采样周期和不变调节器系数的情况下，应用变延时技术在一个采样周期内计算下一个脉冲输出的延时时间，实现开关周期和零矢量时间的随机化，从而达到减小振动、降低噪声的目的。以上控制方法只对电机高频振动有抑制效果，针对文献中存在问题，本发明提出一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，可实现抑制电机全频段振动的目标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，所述方法可实现抑制电机全频段振动的目标。
为实现所述控制方法，本发明采用如图1所示的系统来实现，包括：电压源逆变桥、永磁同步电机、转子位置检测模块、坐标变换模块、PI调节模块、非对称载波双随机SVPWM模块。
其中，所述转子位置检测模块用于实时检测转子位置，并将输出值θ送到坐标变换模块。
其中，所述坐标变换模块，包括：Clarke变换模块、Park变换模块、Park逆变换模块；相电流iA、iB、iC经Clarke变换模块和Park变换模块，将输出值id、iq送到PI调节模块；Park逆变换模块输出uα、uβ并送到非对称载波双随机SVPWM模块。
其中，所述PI调节模块分别对d、q轴电流给定值idref、iqref与反馈值id、iq的差值进行PI调节并将输出值ud、uq送到Park逆变换模块，ud、uq经Park逆变换模块输出uα、uβ并送到非对称载波双随机SVPWM模块。
其中，所述非对称载波双随机SVPWM模块包括：扇区判断模块、电压矢量计算模块、零矢量计算模块、随机数发生器、零矢量随机分配模块、载波发生器、调制波发生器、PWM发生器。零矢量计算模块与随机数发生器的输出值送到零矢量随机分配模块；调制波发生器由零矢量随机分配模块、电压矢量计算模块和扇区判断模块的输出值作为输入，调制波发生器产生调制波送到PWM发生器；随机数发生器和载波发生器产生周期随机变化的非对称载波并将非对称载波送到PWM发生器；PWM发生器由调制波发生器和载波发生器的输出值作为输入，PWM发生器产生PWM信号送到电压源逆变桥。
其中，所述扇区判断模块利用Park逆变换模块输出值uα、uβ计算参考电压矢量所在扇区值N，并将N值送到电压矢量计算模块和调制波发生器，N值计算步骤如下：
步骤1：给定初始值N＝N1＝3；
步骤2：若
Figure BDA0001615070940000021
则N2＝N1-1；若
Figure BDA0001615070940000022
则N2＝N1；
步骤3：若
Figure BDA0001615070940000023
则N3＝N2-1；若
Figure BDA0001615070940000024
则N3＝N2；
步骤4：若uβ>0，则N4＝N3；若uβ≤0，则N4＝7-N3；
步骤5：输出扇区值N＝N4。
所述N1、N2、N3、N4为扇区值N计算过程中的迭代变量，所述步骤5中输出扇区值N为1～6的正整数。
其中，所述电压矢量计算模块利用Park逆变换模块的输出值uα、uβ，根据扇区值N计算参考电压矢量所在扇区的两个电压矢作用时间t1、t2，并将两个电压矢量的作用时间分别送到零矢量计算模块和调制波发生器。
其中，所述零矢量计算模块由电压矢量计算模的输出值t1、t2作为输入，计算出零矢量作用总时间t并送到零矢量随机分配模块。
其中，所述随机数发生器包括：第一随机数发生器和第二随机数发生器。所述第一随机数发生器用于产生[0,1]的随机数R1，并将输出值送到零矢量随机分配模块；所述第二随机数发生器用于产生[-1,1]的随机数R2，并将输出值送到载波发生器。
其中，零矢量随机分配模块和载波发生器用于实现双随机调制，零矢量随机分配模块用于实现零矢量的随机分配，载波发生器用于实现载波周期的随机化。
其中，所述调制波发生器用于产生调制波并将所产生的调制波送到PWM发生器。
其中，所述PWM发生器用于产生PWM信号并将所产生的PWM信号送到电压源逆变桥。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
附图说明
图1非对称载波双随机调制电机减振方法系统结构框图；
图2随机频率非对称载波示意图。
具体实施方式
本发明提供一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，实现该方法的系统如图1所示，转子位置检测模块用于实时检测转子位置，并将输出值θ送到坐标变换模块；相电流iA、iB、iC经Clarke变换模块、Park变换模块，将输出值id、iq送到PI调节模块；Park逆变换模块输出uα、uβ并送到非对称载波双随机SVPWM模块；PI调节模块分别对d、q轴电流给定值idref、iqref与反馈值id、iq的差值进行PI调节并将输出值ud、uq送到Park逆变换模块，ud、uq经Park逆变换模块输出uα、uβ并送到非对称载波双随机SVPWM模块。
所述非对称载波双随机SVPWM模块包括：扇区判断模块、电压矢量计算模块、零矢量计算模块、随机数发生器、零矢量随机分配模块、载波发生器、调制波发生器、PWM发生器；非对称载波双随机SVPWM模块中的零矢量随机分配模块用于实现零矢量的随机分配、载波发生器用于实现载波周期的随机化，零矢量随机分配模块和载波发生器用于实现双随机调制，具体实施方法如下：
所述扇区判断模块利用Park逆变换模块的输出值uα、uβ计算参考电压矢量所在扇区值N，并将N值送到电压矢量计算模块和调制波发生器，N值计算步骤如下：
步骤1：给定初始值N＝N1＝3；
步骤2：若
Figure BDA0001615070940000041
则N2＝N1-1；若
Figure BDA0001615070940000042
则N2＝N1；
步骤3：若
Figure BDA0001615070940000043
则N3＝N2-1；若
Figure BDA0001615070940000044
则N3＝N2；
步骤4：若uβ>0，则N4＝N3；若uβ≤0，则N4＝7-N3；
步骤5：输出扇区值N＝N4。
所述N1、N2、N3、N4为扇区值N计算过程中的迭代变量，所述步骤5中输出扇区值N为1～6的正整数。
所述电压矢量计算模块利用Park逆变换模块的输出值uα、uβ并根据扇区值N计算参考电压矢量所在扇区的两个电压矢量作用时间t1、t2。
当N＝1时，
Figure BDA0001615070940000045
当N＝2时，
Figure BDA0001615070940000046
当N＝3时，
Figure BDA0001615070940000047
当N＝4时，
Figure BDA0001615070940000048
当N＝5时，
Figure BDA0001615070940000049
当N＝6时，
Figure BDA0001615070940000051
所述零矢量计算模块由t1、t2作为输入，计算出零矢量作用总时间t并送到零矢量随机分配模块。
t＝1-(t1+t2)
所述随机数发生器包括：第一随机数发生器和第二随机数发生器；所述第一随机数发生器用于产生的随机数R1，并将输出值送到零矢量随机分配模块；所述第二随机数发生器用于产生[-1,1]的随机数R2，并将输出值送到载波发生器。
所述零矢量随机分配模块由第一随机数发生器的输出值R1和零矢量计算模块的输出值t作为输入，用于实现零矢量的随机分配；所述零矢量作用时间t0、t7随机分配方式为：
t0＝R1t
t7＝(1-R1)t
如图2所示，所述载波发生器用于产生非对称载波，所述非对称载波特征为，在其一个载波周期开始时幅值由0递增，在周期内某一随机时刻幅值达到最大值，然后由该时刻其幅值开始由最大值递减，最终在一个载波周期结束时幅值为0；所述非对称载波的载波频率随机化，非对称载波的频率fs可表示为：
fs＝fc±R2fd
其中，fs表示随机载波频率，fc表示开关频率，fd表示载波频率随机范围，R2表示第二随机数发生器的输出值。
所述调制波发生器由N、t0、t1、t2、t7作为输入，根据扇区N值计算产生调制波Ta、Tb、Tc并输出至PWM发生器，所述扇区N值为1～6的正整数。
当N＝1时，Ta＝1-t0，Tb＝t2+t7，Tc＝t7；
当N＝2时，Ta＝t1+t7，Tb＝1-t0，Tc＝t7；
当N＝3时，Ta＝t7，Tb＝1-t0，Tc＝t2+t7；
当N＝4时，Ta＝t7，Tb＝t1+t7，Tc＝1-t0；
当N＝5时，Ta＝t2+t7，Tb＝t7，Tc＝1-t0；
当N＝6时，Ta＝1-t0，Tb＝t7，Tc＝t1+t7。
所述非对称载波双随机调制的电机减振方法，通过零矢量随机分配和非对称载波频率随机化来实现双随机调制；所述零矢量随机分配模块用于实现零矢量随机分配，所述载波发生器用于产生频率随机变化的非对称载波；所述非对称载波双随机方法可实现抑制电机全频段振动的目标，为抑制电机振动提供一种有效的控制方法。

Claims (2)

1.一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，其特征在于：所述方法的实现系统包括：电压源逆变桥(1)、永磁同步电机(2)、转子位置检测模块(3)、坐标变换模块(4)、PI调节模块(5)、非对称载波双随机SVPWM模块(6)；
所述电压源逆变桥(1)与永磁同步电机(2)相连接；所述转子位置检测模块(3)用于实时检测永磁同步电机(2)的转子位置，并将输出值θ送到坐标变换模块(4)；
所述坐标变换模块(4)，包括：Clarke变换模块(4-1)、Park变换模块(4-2)、Park逆变换模块(4-3)；相电流iA、iB、iC经Clarke变换模块(4-1)和Park变换模块(4-2)，将输出值id、iq送到PI调节模块(5)；所述PI调节模块(5)分别对d、q轴电流给定值idref、iqref与反馈值id、iq的差值进行PI调节并将输出值ud、uq送到Park逆变换模块(4-3)，ud、uq经Park逆变换模块(4-3)输出uα、uβ并送到非对称载波双随机SVPWM模块(6)；
所述非对称载波双随机SVPWM模块(6)包括：扇区判断模块(6-1)、电压矢量计算模块(6-2)、零矢量计算模块(6-3)、随机数发生器(6-4)、零矢量随机分配模块(6-5)、载波发生器(6-6)、调制波发生器(6-7)、PWM发生器(6-8)；
所述扇区判断模块(6-1)利用Park逆变换模块(4-3)输出值uα、uβ计算参考电压矢量所在扇区值N，并将N值送到电压矢量计算模块(6-2)和调制波发生器(6-7)；
所述电压矢量计算模块(6-2)利用Park逆变换模块(4-3)输出值uα、uβ并根据扇区值N计算参考电压矢量所在扇区的两个电压矢量作用时间t1、t2；
所述零矢量计算模块(6-3)由电压矢量计算模块(6-2)的输出值t1、t2作为输入，计算出零矢量作用总时间t并送到零矢量随机分配模块(6-5)；
t＝1-(t1+t2)
所述随机数发生器(6-4)包括：第一随机数发生器(6-4-1)和第二随机数发生器(6-4-2)；所述第一随机数发生器(6-4-1)用于产生[0,1]的随机数R1，并将输出值送到零矢量随机分配模块(6-5)；所述第二随机数发生器(6-4-2)用于产生[-1,1]的随机数R2，并将输出值送到载波发生器(6-6)；
所述零矢量随机分配模块(6-5)由第一随机数发生器(6-4-1)的输出值R1和零矢量计算模块(6-3)的输出值t作为输入，用于实现零矢量的随机分配；所述零矢量作用时间t0、t7随机分配方式为：
t0＝R1t
t7＝(1-R1)t
所述载波发生器(6-6)由第二随机数发生器(6-4-2)的输出值R2作为输入，用于产生非对称载波，所述非对称载波特征为，在其一个载波周期开始时幅值由0递增，在周期内某一随机时刻幅值达到最大值，然后由该时刻其幅值开始由最大值递减，最终在一个载波周期结束时幅值为0；所述非对称载波的载波频率随机化，非对称载波的频率fs表示为：
fs＝fc±R2fd
fs表示非对称载波的频率，fc表示开关频率，fd表示载波频率随机范围；
扇区值N计算步骤为：
步骤1：给定初始值N＝N1＝3；
步骤2：若
Figure FDA0002973057570000021
则N2＝N1-1；若
Figure FDA0002973057570000022
则N2＝N1；
步骤3：若
Figure FDA0002973057570000023
则N3＝N2-1；若
Figure FDA0002973057570000024
则N3＝N2；
步骤4：若uβ>0，则N4＝N3；若uβ≤0，则N4＝7-N3；
步骤5：输出扇区值N＝N4；
其中，所述N1、N2、N3、N4为扇区值N计算过程中的迭代变量，所述步骤5中输出扇区值N为1～6的正整数。
2.根据权利要求1所述非对称载波双随机调制的电机减振方法，其特征在于，通过零矢量随机分配和非对称载波频率随机化来实现双随机调制；所述零矢量随机分配模块(6-5)用于实现零矢量随机分配，所述载波发生器(6-6)用于产生频率随机变化的非对称载波。
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