CN108683365B - 一种多直流电机反向串联控制系统及方法 - Google Patents
一种多直流电机反向串联控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108683365B CN108683365B CN201810637449.7A CN201810637449A CN108683365B CN 108683365 B CN108683365 B CN 108683365B CN 201810637449 A CN201810637449 A CN 201810637449A CN 108683365 B CN108683365 B CN 108683365B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- direct current
- current generator
- 1ref
- nref
- 2ref
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 4
- PXUQTDZNOHRWLI-OXUVVOBNSA-O malvidin 3-O-beta-D-glucoside Chemical compound COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)=C1 PXUQTDZNOHRWLI-OXUVVOBNSA-O 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 206010049669 Dyscalculia Diseases 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
- H02P5/68—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more dc dynamo-electric motors
- H02P5/685—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more dc dynamo-electric motors electrically connected in series, i.e. carrying the same current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/03—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
- H02P7/05—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors by means of electronic switching
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/292—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC
- H02P7/295—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC of the kind having one thyristor or the like in series with the power supply and the motor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多直流电机反向串联控制系统及方法，2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式组成n+1桥臂并联在直流电源的正负极，反向串联的n个直流电机分别串联n+1桥臂，n个直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与n+1相逆变器连接，n+1相逆变器分别经电流调节模块和一级PI控制器与参考电压合成器连接，通过参考电压合成器连接至PWM脉冲生成单元，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制2*(n+1)个IGBT模块的通断驱动n个直流电机运行。本发明能够让n个电机进行四象限运行，能够改变电机的运转方向、运转速度并且能够将电机回馈系统的能量送回电网，减少能量的消耗。
Description
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种多直流电机反向串联控制系统及方法。
背景技术
电机速度控制技术在自动化控制领域应用相当广泛，随着现代化步伐得加快，人们得生活水平在不断提高，以至于对自动化的需求与标准也在不断地提高，这使得直流电机控制的应用领域进一步加大。例如，军事和宇航方面的雷达无线，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳的跟踪等控制；工业方面的专用加工设备，数控机床，智能机器人；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，复印机等设备的控制。电机控制技术的发展得力于微电子技术，电力电子技术，传感器技术，永磁材料技术，微机应用技术得最新发展成就。在当代，脉宽调制技术(PWM)和变频调制技术已经成为电机控制的主流技术。电机控制技术的发展方向正在朝着高效率，高精度，高性能，低成本得方向不断进展。此时，在现有的控制技术中，如果要对多个电机进行控制，单象限运行只能工作在电动状态，对能量得消耗程度较大，在运行过程共不能能量转化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多直流电机反向串联控制系统及方法，对多个直流电机进行反向串联控制从而节省直流电机系统的成本。
本发明采用以下技术方案：
一种多直流电机反向串联控制系统，包括n个反向串联的直流电机、n+1相逆变器和直流电源，n+1相逆变器包括2*(n+1)个IGBT模块，2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式组成n+1桥臂并联在直流电源的正负极，反向串联的n个直流电机分别串联n+1桥臂，n个直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与n+1相逆变器输入端连接，n+1相逆变器输出端分别与n个直流电机和电流调节模块连接，电流调节模块经一级PI控制器与参考电压合成器连接，通过参考电压合成器连接至PWM脉冲生成单元，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制2*(n+1)个IGBT模块的通断驱动n个直流电机运行。
具体的，IGBT模块包括双极型晶体管芯片和二极管芯片，n+1桥臂具体为：第一桥臂由双极型晶体管芯片T1、T2以及并联在其上的二极管芯片D1、D2组成，第二桥臂由双极型晶体管芯片T3、T4以及并联在其上的二极管芯片D3、D4组成，第三桥臂由双极型晶体管芯片T5、T6以及并联在其上的二极管芯片D5、D6组成，第n桥臂由双极型晶体管芯片T(2*n-1)、T(2*n)以及并联在其上的二极管芯片D(2*n-1)、D(2*n)组成。
进一步的，第一桥臂T1与T2的中点为节点1点，第二桥臂T3与T4的中点为节点2点，第三桥臂T5与T6的中点为节点3点……第n桥臂T(2*n-1)与T(2*n)的中点为节点n点，n个直流电机分别经过耦合电感元件耦合后负极同时连接到第n+1个桥臂中两个IGBT模块的中间节点处，直流电机A正极端口与节点1点相连，直流电机B正极端口与节点2点相连，直流电机C正极端口与节点3相连，直流电机n正极端口与节点(n-1)相连。
一种多直流电机反向串联控制方法，系统初始化后，利用霍尔测速传感器将n个电机的速度ω测量出来，然后与相应的参考速度输入在速度调节模块作用下得到n个速度误差ew1、ew2...ewn，速度误差在PI调节器的作用下得到相应的参考输入电流I1ref、I2ref···Inref，将测量得到的n个直流电机的测量电流I1、I2···In与参考电流I1ref、I2ref···Inref经过电流调节模块得到n个电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI控制器的作用下得到n个参考电压值U1ref、U2ref···Unref，参考电压合成电路的作用是将获得的n个参考电压值Uref合成为n+1个合成电压U1r、U2r…Un+1.r，合成电压U1r、U2r…Un+1.r送入PWM脉冲调节模块进行SPWM调制，控制PWM占空比的大小；n+1相逆变器在外部直流电压的作用下驱动n个直流电机工作，同时将支路上的电流反馈给n组稳态电流，实现对n个直流电机反向串联控制。
具体的，包括以下步骤：
S1、系统初始化，将每一个PI控制器的参数进行设置，输入参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref并把霍尔测速传感器测量到的速度反馈到速度调节模块得到反馈速度ω1、ω2···ωn，同步电机测量到的电流I1、I2···In反馈到电流调节模块；
S2、将获得的反馈速度ω1、ω2···ωn与参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref在速度比较器的作用下得到各个电机对应的速度误差ew1、ew2...ewn，并在PI调节器的作用下得到相应的参考电流I1ref、I2ref···Inref；
S3、将步骤S2得到的参考电流I1ref、I2ref···Inref与测量得到的电流I1、I2···In经过电流比较器的作用下得到电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI调节器的作用下得到参考电压U1ref、U2ref···Unref；
S4、将步骤S3参考电压U1ref、U2ref···Unref在参考电压合成器的作用下得到参考合成电压U1r、U2r…Un+1.r；
S5、将步骤S4的合成电压经过PWM脉冲生成单元产生脉冲控制信号，通过脉冲控制信号控制逆变器中IGBT模块的通断，从而达到对电机的实时精准控制。
进一步的，步骤S2中，速度误差ew1、ew2...ewn如下：
参考电流是I1ref、I2ref···Inref如下：
其中，Kp1是转速调节器的比例放大系数，K1为转速调节器积分时间常数的倒数。
进一步的，步骤S3中，电流误差e1、e2…en如下：
参考电压U1ref、U2ref···Unref如下：
其中，kp2是电流调节器的比例放大系数，k2为电流调节器积分时间常数的倒数。
进一步的，步骤S4中，n+1路电压合成器合成电压U1r、U2r…Un+1.r如下：
Ur＝A*Uref
进一步的，步骤S5中，根据输出波与锯齿波的交点确定生成的PWM信号的占空比。
进一步的，当直流电机的转速超过给定转速时，电机就会处在发电的状态，这时候就会导致电机中的直流母线的电压升高，迫使电机的整流回馈的部分开始工作，将电机发电状态产生的多余能量传回电网，这样电机就可以按照原先给定的速度进行减速，实现n个直流电机的反向四象限运行。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种多直流电机反向串联控制系统，2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式组成n+1桥臂并联在直流电源的正负极，反向串联的n个直流电机分别串联n+1桥臂，n个直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与n+1相逆变器连接，n+1相逆变器分别经电流调节模块和一级PI控制器与参考电压合成器连接，通过参考电压合成器连接至PWM脉冲生成单元，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制2*(n+1)个IGBT模块的通断驱动n个直流电机运行，系统这样设置可以极大的减少电路的复杂程度，使得控制电路变得更加整洁。在控制过程中将电压信号合成处理为PWM的方波信号，这样更加便于控制IGBT的通断，提高了控制的准确性，减少误差。
进一步的，将n个电机连接到n+1个桥臂的中间连接点可以非常方便的控制n个电机的正反转，当电机的转向发生反转的时候我们只需要控制该电机连接的桥臂上的两个IGBT的通断，当两个IGBT的状态进行反转的时候电机的转向就会发生反转。这样的连接极大程度上减少了电路的复杂程度，操作控制更加简单。
本发明还公开了一种多直流电机反向串联控制方法，系统初始化后，利用霍尔测速传感器将n个电机的速度ω测量出来，然后与相应的参考速度输入在速度调节模块作用下得到n个速度误差eω1···eωn，速度误差在PI调节器的作用下得到相应的参考输入电流I1ref···Inref，将测量得到的n个直流电机的测量电流I1···In与参考电流I1ref···Inref经过电流调节模块得到n个电流误差e1···en，电流误差e1···en在PI控制器的作用下得到n个参考电压值U1ref···Unref，参考电压合成电路的作用是将获得的n个参考电压值Uref合成为n+1个合成电压U1r、U2r…Un+1.r，合成电压U1r、U2r…Un+1.r送入PWM脉冲调节模块进行SPWM调制，控制PWM占空比的大小；n+1相逆变器在外部直流电压的作用下驱动n个直流电机工作，同时将支路上的电流反馈给n组稳态电流，实现对n个直流电机反向串联控制，在控制信息的采集过程中会经过两次的误差采集，一个速度误差一个电流误差，两个误差进行叠加可以极大地减少误差，以最大的速度调整电机的速度，使得电机在最短的时间内达到要求。
进一步的，在步骤S2中需要将测速发电机测量的速度返回到速度模块与参考速度进行比较，然后经过PI调节器得到了电流模块的参考电流，通过速度调节器得到实时的速度误差值，提高了系统的控制能力，实时误差经过PI调节器转化为参考电流就能够实现后续的实时检测，提高系统的准确性。
进一步的，将得到电机的实时电流与参考电流进行对比得到电流的误差，电流误差经过PI调节器得到了电压合成器的参考电压。在步骤三的时候我们会设置电流模块的一些参数，这样就会进行再次的测量误差，得到更加精确的电机转速误差，提高控制的效率。弥补了电机的转速在速度模块检测之后到电流检测之间的变化，使得将来得到的参考电压更加准确。
进一步的，电压合成器的参考电压是经过两级的调整之后得到的，这样就可以非常准确的将电机的误差测量出来，从而将来得到控制参数就会非常的有效、快速的调整电机的速度。得到的合成参考电压非常具有实时性。
进一步的，将参考电压合成器合成的电压值进行SPWM调制就可以得到每一个IGBT的控制信号，并且得到的控制信号的占空比就可以非常准确的控制电机的转速，使用SPWM进行调制会极大的减少误差，提高控制的精度。
综上所述，本发明能够让n个电机进行四象限运行，能够改变电机的运转方向、运转速度并且能够将电机回馈系统的能量送回电网，减少能量的消耗。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明多直流电机反向串联控制电路结构图；
图2为本发明多直流电机反向串联控制系统结构图；
图3为本发明多直流电机反向串联控制的控制流程图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供了一种多直流电机反向串联控制系统，n个直流电机反向串联连接，将n个直流电机的电压进行稳态调节，在参考电压合成器中合成电压，并将输出的电压波形进行PWM脉冲调节，获得PWM占空比，比较直流电机工作电压与直流供电电源的大小，实现n个直流电机的四象限控制。
反向串联控制系统包括2*(n+1)个IGBT模块，直流电源和n个反向串联的直流电机，2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式，每两个IGBT模块串联构成一个桥臂，n+1个桥臂并联在直流电源的两端，n个直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与n+1相逆变器输入端连接，n+1相逆变器输出端分别与n个直流电机和电流调节模块连接，电流调节模块经一级PI控制器与参考电压合成器连接，通过参考电压合成器连接至PWM脉冲生成单元，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制2*(n+1)个IGBT的通断驱动n个直流电机运行。
第一桥臂由双极型晶体管芯片T1、T2以及并联在其上的二极管芯片D1、D2组成，第二桥臂由双极型晶体管芯片T3、T4以及并联在其上的二极管芯片D3、D4组成，第三桥臂由双极型晶体管芯片T5、T6以及并联在其上的二极管芯片D5、D6组成……第n桥臂由双极型晶体管芯片T(2*n-1)、T(2*n)以及并联在其上的二极管芯片D(2*n-1)、D(2*n)组成。
第一桥臂T1与T2的中点为节点1点，第二桥臂T3与T4的中点为节点2点，第三桥臂T5与T6的中点为节点3点……第n桥臂T(2*n-1)与T(2*n)的中点为节点n点。
将2*(n+1)个IGBT模块及直流电源合并为斩波器模块，n个直流电机分别经过耦合电感元件耦合后负极同时连接到第n+1个桥臂中两个IGBT模块的中间节点处，直流电机A正极端口与节点1点相连，直流电机B正极端口与节点2点相连，直流电机C正极端口与节点3相连，……直流电机n正极端口与节点(n-1)相连；n个直流电机的F+、F-端口接电机的励磁电源，分别接正负极，构成整个多直流电机反向串联控制电路。
请参阅图2，本发明工作原理如下：
系统初始化后，设定相应的参考输入信号ω1ref、ω2ref···ωnref，利用霍尔测速传感器将每一个电机的实时反馈速度ω1、ω2···ωn测量出来然后与相应的参考输入在速度调节模块作用下得到n个速度误差ew1、ew2...ewn，速度误差在PI调节器的作用下得到相应的参考输入电流I1ref、I2ref···Inref，将测量得到的的每一个直流电机的测量电流I1、I2···In与参考电流I1ref、I2ref···Inref经过电流调节模块得到n个电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI控制器的作用下得到n个参考电压值U1ref、U2ref···Unref，参考电压合成电路的作用是将获得的n个参考电压值U1ref、U2ref···Unref合成为n+1个合成电压U1r、U2r…Un+1.r，合成电压U1r、U2r…Un+1.r在PWM脉冲生产单元的作用下获得不同占空比的PWM波，输出脉冲控制信号，进而控制逆变器中各个IGBT的通断。该系统是通过负反馈构成的闭环控制系统，因此误差信号能快速得到抑制，减小误差，进而确保电机控制系统准确稳定的运行。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种多直流电机反向串联控制方法的步骤如下：
S1、系统初始化，将每一个PI控制器的参数进行设置，输入参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref并把霍尔测速传感器测量到的速度反馈到速度调节模块得到反馈速度ω1、ω2···ωn，同步电机测量到的电流I1、I2···In反馈到电流调节模块；
S2、将获得的反馈速度ω1、ω2···ωn与参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref在速度比较器的作用下得到各个电机对应的速度误差ew1、ew2...ewn，并在PI调节器的作用下得到相应的参考电流I1ref、I2ref···Inref，对应的数学描述如下：
其中，n台电机参考速度为ω1ref、ω2ref···ωnref，测量得到的n台电机的反馈速度为ω1、ω2···ωn。
其中，n个电机的参考电流是I1ref、I2ref···Inref，n个电机的速度误差是ew1、ew2...ewn。
S3、将步骤S2得到的参考电流Iref与测量得到的电流I经过电流比较器的作用下得到电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI调节器的作用下得到参考电压U1ref、U2ref···Unref，对应的数学描述如下：
其中，参考电流为I1ref、I2ref···Inref，测量电流为I1、I2···In。
其中，n个电机的参考电压为U1ref、U2ref···Unref，n个电机的电流误差为e1、e2…en。
S4、将步骤S3参考电压U1ref、U2ref···Unref在参考电压合成器的作用下得到参考合成电压U1r、U2r…Un+1.r，其中合成电压U1r、U2r…Un+1.r的数学描述如下：
Ur＝A×Uref
其中，参考电压为U1ref、U2ref···Unref，合成电压为U1r、U2r…Un+1.r。
S5、将步骤S4的合成电压经过PWM脉冲生成单元产生脉冲控制信号，该脉冲控制信号控制逆变器中的IGBT的通断，从而达到对电机的实时精准控制。
在工作的过程中电机的状态是由电机的转速表现的，如果整个控制系统开始工作时，直流电机的转速超过预先给定的参考转速，电机就会处于一种发电状态，导致电机的直流母线电压升高，这时候整流回馈部分就会开始工作，将电机回馈产生的多余能量反馈给电网，与此同时电机的速度会朝着给定的转速调节减缓电机的速度，实现多直流电机的反向的串联四象限控制。
电机的调节是通过PWM的占空比来进行的，当调节稳态电压的PWM时，一般采用正弦脉宽调制技术(SPWM技术)，将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中，每周基波(正弦调制波)与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。正弦波在不同相位角时其值不同，因而与三角波相交所得到的脉冲宽度也不同。
另外，当正弦波频率变化或幅值变化时，各脉冲的宽度也相应变化。要准确生成SPWM波形，就应准确地算出正弦波和三角波的交点。但这种方法计算困难，求解不易，不适用于微机实时控制。
本发明将输出波与一列锯齿波相调制，观察其二者的自然交点，得到PWM占空比的大小。该PWM调节法可以很准确的得到输出波形与锯齿波的交点，可以实现精确的SPWM调制。
当电机的发电电压大于直流电源电压时，可以采用上述的多直流电机反向串联调节PWM占空比，使发电电压满足馈网的要求，实现多直流电机的反向串联控制。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多直流电机反向串联控制系统，其特征在于，包括n个反向串联的直流电机、n+1相逆变器和直流电源，n+1相逆变器包括2*(n+1)个IGBT模块，2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式组成n+1桥臂并联在直流电源的正负极，反向串联的n个直流电机分别串联n+1桥臂，n个直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与n+1相逆变器输入端连接，n+1相逆变器输出端分别与n个直流电机和电流调节模块连接，电流调节模块经一级PI控制器与参考电压合成器连接，通过参考电压合成器连接至PWM脉冲生成单元，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制2*(n+1)个IGBT模块的通断驱动n个直流电机运行，IGBT模块包括双极型晶体管芯片和二极管芯片，n+1桥臂具体为：第一桥臂由双极型晶体管芯片T1、T2以及并联在其上的二极管芯片D1、D2组成，第二桥臂由双极型晶体管芯片T3、T4以及并联在其上的二极管芯片D3、D4组成，第三桥臂由双极型晶体管芯片T5、T6以及并联在其上的二极管芯片D5、D6组成，第n桥臂由双极型晶体管芯片T(2*n-1)、T(2*n)以及并联在其上的二极管芯片D(2*n-1)、D(2*n)组成，第一桥臂T1与T2的中点为节点1点，第二桥臂T3与T4的中点为节点2点，第三桥臂T5与T6的中点为节点3点……第n桥臂T(2*n-1)与T(2*n)的中点为节点n点，n个直流电机分别经过耦合电感元件耦合后负极同时连接到第n+1个桥臂中两个IGBT模块的中间节点处，直流电机A正极端口与节点1点相连，直流电机B正极端口与节点2点相连，直流电机C正极端口与节点3相连，直流电机n正极端口与节点n相连。
2.一种利用权利要求1所述系统的控制方法，其特征在于，系统初始化后，利用霍尔测速传感器将n个电机的速度ω测量出来，然后与相应的参考速度输入在速度调节模块作用下得到n个速度误差ew1、ew2...ewn，速度误差在PI调节器的作用下得到相应的参考输入电流I1ref、I2ref···Inref，将测量得到的n个直流电机的测量电流I1、I2···In与参考电流I1ref、I2ref···Inref经过电流调节模块得到n个电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI控制器的作用下得到n个参考电压值U1ref、U2ref···Unref，参考电压合成器的作用是将获得的n个参考电压值Uref合成为n+1个合成电压U1r、U2r…Un+1.r，合成电压U1r、U2r…Un+1.r送入PWM脉冲调节模块进行SPWM调制，控制PWM占空比的大小；n+1相逆变器在外部直流电压的作用下驱动n个直流电机工作，同时将支路上的电流反馈给n组稳态电流，实现对n个直流电机反向串联控制，包括以下步骤：
S1、系统初始化，将每一个PI控制器的参数进行设置，输入参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref并把霍尔测速传感器测量到的速度反馈到速度调节模块得到反馈速度ω1、ω2···ωn，同步电机测量到的电流I1、I2···In反馈到电流调节模块；
S2、将获得的反馈速度ω1、ω2···ωn与参考速度ω1ref、ω2ref···ωnref在速度调节模块的作用下得到各个电机对应的速度误差ew1、ew2...ewn，并在PI调节器的作用下得到相应的参考电流I1ref、I2ref···Inref；
S3、将步骤S2得到的参考电流I1ref、I2ref···Inref与测量得到的电流I1、I2···In经过电流调节模块的作用下得到电流误差e1、e2…en，电流误差e1、e2…en在PI调节器的作用下得到参考电压U1ref、U2ref···Unref；
S4、将步骤S3参考电压U1ref、U2ref···Unref在参考电压合成器的作用下得到参考合成电压U1r、U2r…Un+1.r；
S5、将步骤S4的合成电压经过PWM脉冲生成单元产生脉冲控制信号，通过脉冲控制信号控制逆变器中IGBT模块的通断，从而达到对电机的实时精准控制。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中，速度误差ew1、ew2...ewn如下：
参考电流是I1ref、I2ref···Inref如下：
其中，Kp1是转速的PI调节器的比例放大系数，K1为转速的PI调节器积分时间常数的倒数。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S3中，电流误差e1、e2…en如下：
参考电压U1ref、U2ref···Unref如下：
其中，kp2是电流的PI调节器的比例放大系数，k2为电流的PI调节器积分时间常数的倒数。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S4中，n+1路电压合成器合成电压U1r、U2r…Un+1.r如下：
Ur＝A*Uref。
6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤S5中，根据输出波与锯齿波的交点确定生成的PWM信号的占空比。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，当直流电机的转速超过给定转速时，电机就会处在发电的状态，这时候就会导致电机中的直流母线的电压升高，迫使电机的整流回馈的部分开始工作，将电机发电状态产生的多余能量传回电网，这样电机就可以按照原先给定的速度进行减速，实现n个直流电机的反向四象限运行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810637449.7A CN108683365B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种多直流电机反向串联控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810637449.7A CN108683365B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种多直流电机反向串联控制系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108683365A CN108683365A (zh) | 2018-10-19 |
| CN108683365B true CN108683365B (zh) | 2019-11-15 |
Family
ID=63811638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810637449.7A Active CN108683365B (zh) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 一种多直流电机反向串联控制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108683365B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111404426B (zh) * | 2020-05-06 | 2022-02-15 | 苏州博睿测控设备有限公司 | 一种多直流电机并联系统及电流控制方法 |
| CN111464072B (zh) * | 2020-05-06 | 2021-08-20 | 长安大学 | 一种多直流电机并联容错系统及容错控制方法 |
| CN111464071B (zh) * | 2020-05-06 | 2021-07-30 | 长安大学 | 一种四直流电机并联电流滞环容错控制方法及控制系统 |
| CN111641356B (zh) * | 2020-05-06 | 2021-09-07 | 西北工业大学 | 一种多电机连接系统及电流滞环控制方法 |
| CN111404425B (zh) * | 2020-05-06 | 2022-04-29 | 苏州博睿测控设备有限公司 | 一种直流电机并联控制系统及电流跟随控制方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115430B2 (en) * | 2009-05-28 | 2012-02-14 | GM Global Technology Operations LLC | Methods, systems and apparatus for controlling operation of two alternating current (AC) machines |
| CN105790658B (zh) * | 2016-04-25 | 2018-02-06 | 南京航空航天大学 | 一种双绕组异步电机直流起动发电系统的控制方法 |
| CN107453658B (zh) * | 2016-06-01 | 2023-05-09 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种基于多频率调制输出的多台电机串联装置 |
| CN107154716B (zh) * | 2017-07-19 | 2023-11-28 | 沈阳工业大学 | 双定子周向错位角电励磁直流电机的控制方法 |
-
2018
- 2018-06-20 CN CN201810637449.7A patent/CN108683365B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108683365A (zh) | 2018-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108683365B (zh) | 一种多直流电机反向串联控制系统及方法 | |
| CN100517945C (zh) | 基于n个霍尔传感器的磁悬浮飞轮电机的低速高精度控制系统 | |
| Datta et al. | Decoupled control of active and reactive power for a grid-connected doubly-fed wound rotor induction machine without position sensors | |
| CN101204003B (zh) | 电力变换控制装置以及电力变换控制方法 | |
| CN107005194B (zh) | 多绕组电动机驱动控制装置 | |
| CN108683367B (zh) | 一种多直流电机正向串联控制系统及方法 | |
| CN102195552B (zh) | 近似多相电机中基波与三次谐波峰值合计电压的方法、系统和装置 | |
| CN101729002A (zh) | 基于sopc的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统 | |
| CN101951182B (zh) | 基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法 | |
| CN110299882B (zh) | 混合供电型开绕组永磁同步电机三矢量模型预测控制方法 | |
| CN103683331A (zh) | 一种单相逆变器控制系统 | |
| CN105048910A (zh) | 基于无传感器的高压级联变频器矢量控制系统及其控制方法 | |
| CN108880339B (zh) | 一种三直流电机反向串联控制系统及方法 | |
| CN104796053B (zh) | 基于旋转变压器的直流电机控制器及控制方法 | |
| CN108696197B (zh) | 一种双直流电机正向串联控制系统及方法 | |
| CN102710210A (zh) | 一种凸极式永磁同步电机驱动系统的控制方法 | |
| CN108683366B (zh) | 一种双直流电机反向串联控制系统及方法 | |
| CN108809157B (zh) | 一种三直流电机正向串联控制系统及方法 | |
| CN102223132A (zh) | 一种用于大型望远镜的多定子弧形电机控制方法 | |
| CN108390404B (zh) | 一种基于钒电池储能的变流器控制方法 | |
| CN109600088A (zh) | 一种三相逆变器的谐波电流注入装置及方法 | |
| CN111404425B (zh) | 一种直流电机并联控制系统及电流跟随控制方法 | |
| CN103715957A (zh) | 一种三相永磁同步电机驱动电路 | |
| CN106100493B (zh) | 一种纯电动汽车交流永磁同步电机驱动控制方法及装置 | |
| CN105515432A (zh) | 一种光伏并网逆变器无差拍控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210114 Address after: 1-1-505-1, Xindu building, southwest of the intersection of Weijin road and wandezhuang street, Nankai District, Tianjin Patentee after: HUIJIAWANG (TIANJIN) TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 710064 No. 33, South Second Ring Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: CHANG'AN University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220523 Address after: No.9, Haitai development road 4, Huayuan new technology industrial park, Binhai New Area, Tianjin Patentee after: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. Address before: 1-1-505-1, Xindu building, southwest of the intersection of Weijin road and wandezhuang street, Nankai District, Tianjin Patentee before: HUIJIAWANG (TIANJIN) TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230628 Address after: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee after: TIANJIN SAIXIANG ELECTROMECHANICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Address before: No.9, Haitai development road 4, Huayuan new technology industrial park, Binhai New Area, Tianjin Patentee before: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240703 Address after: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee after: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee before: TIANJIN SAIXIANG ELECTROMECHANICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |