CN109560734B - 一种多相永磁同步电机的非正弦svpwm控制方法及装置 - Google Patents

一种多相永磁同步电机的非正弦svpwm控制方法及装置 Download PDF

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CN109560734B CN201811281630.5A CN201811281630A CN109560734B CN 109560734 B CN109560734 B CN 109560734B CN 201811281630 A CN201811281630 A CN 201811281630A CN 109560734 B CN109560734 B CN 109560734B
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Abstract

本发明公开了一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法及装置，属于交流电机与驱动控制领域。其方法以SPWM输出相调制波为基准，对SVPWM调制的谐波注入非正弦供电进行输入补偿和输出变换。输入补偿通过实际电压d‑q给定分量计算各谐波平面补偿角度
Figure DDA0001848148940000011
并叠加电机实际反馈角度θr，以补偿谐波注入非正弦供电的各谐波平面d轴电压给定值
Figure DDA0001848148940000012
输出变换通过交换d、q分量后的拓展Park变换矩阵Tc(θ)，使多相SVPWM输出相调制波变换为方波非正弦波形。并提供了多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置。本发明实现了闭环跟踪下SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，为谐波注入非正弦供电、多相SVPWM及其他开环电压给定算法组合应用到闭环跟踪系统提供了参考思路。

Description

一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法及装置
技术领域
本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法及装置。
背景技术
相数大于3的多相系统具有低压器件实现大功率、转矩性能好和缺相容错运行等优点，使其在电压受限的大功率和高可靠性工业应用场合备受青睐。永磁电机优越的可控性，使其在越来越多的工业场景中得到应用。多相永磁同步电机兼具永磁电机可控性好和多相电机可靠性高的优点，因此具有广阔的应用前景。当前多相永磁同步电机多采用基波正弦供电，没有发挥其最佳性能。
相比传统三相电机，多相电机具有更多的设计和控制自由度，方波绕组电机通过方波非正弦供电，能够实现最佳性能，可以通过谐波注入方波供电技术实现。此外，多相SVPWM技术将电机和逆变器考虑为一个整体，适合微处理器实现，对提高系统性能具有积极意义。多相永磁同步电机必须采用闭环控制方式，以防止电机发生失步引起的失控和安全问题。因此，研究多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，对提高多相永磁同步电机控制系统性能，及拓宽实际应用范围具有重要意义。
闭环控制的关键是电流控制，即电流的闭环响应。实践证明，对于多相永磁同步电机，应用拓展Park变换的SPWM，能够输出响应电流的相电压波形。对于其他基于开环电压给定的算法，要实现电流闭环响应，可以将其输出波形与SPWM同相调制波相位比较，因此称SPWM输出的相调制波为相位补偿算法的基准。以九相永磁同步电机为例，电流环输出得到基波电压d-q分量，按谐波注入系数关系得到四个正交平面的电压d-q分量，经过拓展反Park变换可以得到输出相调制波。拓展反Park变换T(θ)如下：
Figure BDA0001848148920000021
其中，对于功率不变原则，选取
Figure BDA0001848148920000022
对于幅值不变原则，选取x1＝2/9，x2＝1/2。
Figure BDA0001848148920000023
其中k＝1,3,5,7，
Figure BDA0001848148920000024
为各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000025
传统的非正弦供电技术基于多相异步电机开环电压参考矢量给定方式，在多相永磁同步电机的闭环下无法正常工作。当前已有相位补偿方法可以方便地将一种基于开环电压给定方式的算法拓展到闭环跟踪方式，但是在非正弦SVPWM算法中谐波注入非正弦供电和多相SVPWM不能通过一次相位补偿实现。谐波注入非正弦供电技术只能用多相SPWM调制实现，而多相SPWM调制方法涉及大量的三角函数计算，不便于微机运行。
因此，多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术需要进一步研究，解决难以实现多相永磁同步电机电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术的实际应用的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法及装置，其目的在于，实现多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，以能够输出电流跟踪的相电压波形的SPWM技术作为基准，对谐波注入非正弦供电和多相SVPWM进行基准补偿，由此解决现有技术难以实现多相永磁同步电机电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术的实际应用的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，所述多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面；该非正弦SVPWM控制方法包括如下步骤：
(1)将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000031
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000032
根据电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000033
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure BDA0001848148920000034
和各谐波平面q轴给定电流
Figure BDA0001848148920000035
(2)通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机n相电流i1、i2、…、in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)；
(3)将各谐波平面d轴给定电流与对应的谐波平面d轴电流反馈值作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，根据各谐波平面d轴电流误差值计算得到各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000036
将各谐波平面q轴给定电流与对应的谐波平面q轴电流反馈值作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，根据各谐波平面q轴电流误差值计算得到各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000041
(4)通过调节电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000042
进而调节各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000043
和各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000044
使得电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000045
与电机转速反馈值ωr的差值为零，实现对电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000046
无差跟踪；
通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000047
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000048
和其对应的谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)差值为零，实现对各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000049
无差跟踪；
通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200000410
使得各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA00018481489200000411
和其对应的谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)差值为零，实现对各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA00018481489200000412
无差跟踪；
(5)根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200000413
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200000414
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200000415
(6)对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200000416
进行空间矢量脉宽调制，得到变换前的非正弦相调制波
Figure BDA00018481489200000417
(7)将变换前的非正弦相调制波
Figure BDA00018481489200000418
隐含的d、q分量进行交换，得到变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]，将其作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到n相PWM信号；n相PWM信号控制n相半桥逆变器输出电压作用在多相永磁同步电机的n个绕组上，产生对应于输入PWM调制波的电流信号波形，控制多相永磁同步电机运行。
优选地，步骤(1)中，所述控制策略使电机d轴电流分量为零，各谐波平面电流注入系数为k1,k3,...,kn-2，则各谐波平面d轴给定电流为
Figure BDA0001848148920000051
各谐波平面q轴给定电流为：
Figure BDA0001848148920000052
优选地，步骤(5)中，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000053
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000054
计算开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的公式为：
Figure BDA0001848148920000055
其中，
Figure BDA0001848148920000056
为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值；udk **为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面d轴电压给定值。
优选地，步骤(5)中，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000057
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000058
计算各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000059
的公式为：
Figure BDA00018481489200000510
其中，
Figure BDA00018481489200000511
优选地，步骤(7)中，将变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000061
隐含的d、q分量进行交换时，交换拓展Park变换矩阵T(θ)的d、q分量所在行，得到交换d、q分量后的拓展Park变换矩阵Tc(θ)：
Figure BDA0001848148920000062
则变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]为：
Uout＝T-1(θ)Tc(θ)Usvpwm
其中，T-1(θ)为T(θ)的逆矩阵，
Figure BDA0001848148920000063
其中，
Figure BDA0001848148920000064
Figure BDA0001848148920000065
为k次谐波平面补偿后位置角，k＝1,3,...,n-2，拓展Park变换矩阵T(θ)中第一、二行为1次基波平面，第三、四行为3次谐波平面，第五、六行为5次谐波平面，依此类推，倒数第二和倒数第三行为n-2次谐波平面。
按照本发明的另一方面，提供了一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，所述多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，所述非正弦SVPWM控制装置包括：
角度和转速获取模块，用于检测电机实际反馈角度θr，并对其进行微分得到电机转速反馈值ωr；
电流检测模块，用于检测多相永磁同步电机的n相电流i1、i2、…、in，该n相电流是静止相坐标轴系下的相电流；
所述非正弦SVPWM控制装置还包括：
速度控制器，其输入端与所述角度和转速获取模块连接，用于将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000071
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000072
拓展Park变换模块，其输入端与电流检测模块连接，用于通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机n相电流i1、i2、…、in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)；
电流控制模块，包括电流分配器、(n-1)/2个d轴电流控制器和(n-1)/2个q轴电流控制器；
所述电流分配器的输入端与所述速度控制器的输出端连接，用于根据电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000073
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure BDA0001848148920000074
和各谐波平面q轴给定电流
Figure BDA0001848148920000075
所述(n-1)/2个d轴电流控制器，其第一输入端与所述拓展Park变换模块的第一输出端连接，其第二输入端与所述电流分配器的第一输出端连接，用于分别将各谐波平面d轴给定电流与对应的谐波平面d轴电流反馈值作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，根据各谐波平面d轴电流误差值计算得到各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000081
所述(n-1)/2个q轴电流控制器，其第一输入端与所述拓展Park变换模块的第二输出端连接，其第二输入端与所述电流分配器的第二输出端连接，用于分别将各谐波平面q轴给定电流与对应的谐波平面q轴电流反馈值作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，根据各谐波平面q轴电流误差值计算得到各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000082
非正弦输入相位补偿模块，其(n-1)个输入端分别与所述(n-1)/2个d轴电流控制器的(n-1)/2个输出端以及所述(n-1)/2个q轴电流控制器的(n-1)/2个输出端连接，用于根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000083
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000084
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000085
多相SVPWM模块，其输入端与所述非正弦输入相位补偿模块(3)的输出端连接，用于对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000086
进行空间矢量脉宽调制，得到变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000087
多相SVPWM输出变换模块，其输入端与所述多相SVPWM模块的输出端连接，用于将变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000088
隐含的d、q分量进行交换，得到变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]，将其作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到n相PWM信号PWM1-2n；
n相半桥逆变器，其2n个输入端分别与所述多相SVPWM输出变换模块的2n个输出端连接，用于接收n相PWM信号PWM1-2n输出电压；n相半桥逆变器的输出电压作用在多相永磁同步电机的n个绕组上，产生对应于输入PWM调制波的电流信号波形，控制多相永磁同步电机运行。
优选地，所述非正弦输入相位补偿模块，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000091
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000092
计算开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的公式为：
Figure BDA0001848148920000093
其中，
Figure BDA0001848148920000094
为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值；udk **为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面d轴电压给定值。
优选地，所述非正弦输入相位补偿模块，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000095
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000096
计算各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000097
的公式为：
Figure BDA0001848148920000098
其中，
Figure BDA0001848148920000099
优选地，所述速度控制器通过调节电枢电流给定值
Figure BDA00018481489200000910
使得转速误差值为零，实现对电机转速给定值
Figure BDA00018481489200000911
无差跟踪；
所述(n-1)/2个d轴电流控制器通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200000912
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA00018481489200000913
和对应谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)差值为零，实现对各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000101
无差跟踪；
所述(n-1)/2个q轴电流控制器通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000102
使得各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000103
和对应谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)差值为零，实现对各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000104
无差跟踪。
本发明方法和装置为实现多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，以能够输出电流跟踪的相电压波形的SPWM技术作为基准，对谐波注入非正弦供电和多相SVPWM进行基准补偿。将谐波注入非正弦SVPWM基准补偿分为两部分：输入补偿和输出变换。首先是输入补偿，通过实际电压d-q分量计算各电流平面补偿角度
Figure BDA0001848148920000105
在各电流平面算法脉宽调制时叠加电机实际反馈角度θr，以补偿谐波电流注入非正弦的实际电压d轴分量
Figure BDA0001848148920000106
因为输入补偿后只得到q轴分量，而多相SVPWM输入应只有d轴分量，所以不能实现非正弦波形输出。因此，再做输出变换，提出一种交换d-q分量的拓展变换矩阵Tc(θ)，对SVPWM输出的调制波再进行变换，让多相SVPWM的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000107
输入方式转换为各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000108
输入方式。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明方法针对多相永磁同步电机自身结构特点，将谐波注入非正弦SVPWM基准补偿分为两部分：输入补偿和输出变换，通过基准补偿实现了多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，具有更高的控制精度和稳定性，有效提高了多相永磁同步电机对直流母线电压的利用率、电机铁心利用率、输出转矩密度和功率密度，相比多相SPWM调制方法有效减少了三角函数的计算量，更适合于微机运行。
(2)本发明方法将两种不同开环给定方式的传统技术，即谐波注入非正弦供电和多相SVPWM，拓展到了闭环d-q电压跟踪方式，为多相永磁同步电机电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术的实际应用提供了可行方案。此外，也为两种及以上的不同开环电压给定方式的传统算法如何组合应用到闭环d-q跟踪系统提供了参考思路。
(3)本发明装置针对多相永磁同步电机自身结构特点，通过基准补偿实现了多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，具有更高的控制精度和稳定性，有效提高了多相永磁同步电机对直流母线电压的利用率、电机铁心利用率、输出转矩密度和功率密度。
附图说明
图1是本发明实施例中九相永磁同步电机结构示意图；
图2(a)是本发明实施例中九相永磁同步电机的九相输出调制波；
图2(b)是本发明实施例中九相永磁同步电机的a相输出调制波；
图3是本发明实施例中多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置框图；
图4(a)是谐波注入非正弦d轴相位补偿后SVPWM的9相调制波；
图4(b)是谐波注入非正弦d轴相位补偿后SVPWM的a相调制波；
图5(a)是多相SVPWM输出变换后的非正弦a相调制波；
图5(b)是SPWM下的谐波注入非正弦供电a相调制波。
在所有的附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
11、定子； 12、转子； 13、绕组
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，涉及的多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，为了获取最佳控制性能，将对1,3,…,n-2次谐波电流进行控制。
如图1所示为本发明实施例提供的九相永磁同步电机，它包括定子1、转子2、绕组3，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等其他通用结构件。绕组3为对称绕组，方波非正弦供电时，九相永磁同步电机的每相绕组电流波形如图2(a)所示为对称九相波形，其中，相序按照a,b,…,h,i以40°电角度递增；如图2(b)所示为其a相调制波形。谐波注入非正弦供电的目的是通过谐波注入的方式合成近似方波或梯形波的供电波形，以提高铁心利用率、输出转矩密度和功率密度。九相永磁同步电机只是本发明提供的一个较佳实施例，实际使用时不仅限于九相永磁同步电机，可以拓展到相数n大于3且为奇数的多相永磁同步电机。
该非正弦SVPWM控制方法包括如下步骤：
(1)将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000121
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000122
根据电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000123
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure BDA0001848148920000124
和各谐波平面q轴给定电流
Figure BDA0001848148920000125
例如，采用电机d轴电流分量id＝0的控制策略，则有各谐波平面d轴给定电流：
Figure BDA0001848148920000126
设各谐波平面电流注入系数k1,k3,...,kn-2，则有各谐波平面q轴给定电流：
Figure BDA0001848148920000131
(2)通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机n相电流i1、i2、…、in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)；
静止相坐标轴系下电机n相电流i1,i2,...,in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的拓展Park变换包含以下过程：
由静止相坐标轴系下电机n相电流i1,i2,...,in首先映射到静止正交轴系变量iαβ1,iαβ3,...,iαβ(n-2)，再由静止正交轴系变量iαβ1,iαβ3,...,iαβ(n-2)映射到旋转正交轴系变量idq1,idq3,...,idq(n-2)。得到静止相坐标轴系下电机n相电流i1,i2,...,in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的拓展Park变换矩阵T(θ)：
Figure BDA0001848148920000132
其中，
Figure BDA0001848148920000133
Figure BDA0001848148920000134
为k次谐波平面补偿后位置角，k＝1,3,...,n-2，拓展Park变换矩阵T(θ)中第一、二行为1次基波平面，第三、四行为3次谐波平面，第五、六行为5次谐波平面，依此类推，倒数第二和倒数第三行为n-2次谐波平面。
进一步地，直接由拓展Park变换取逆可得到拓展反Park变换矩阵T-1(θ)，可将旋转正交d-q轴系下各谐波平面分量转换到静止相坐标轴系下反馈相分量，该分量可以是电流或电压。
(3)将各谐波平面d轴给定电流与对应的谐波平面d轴电流反馈值作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，根据各谐波平面d轴电流误差值计算得到各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000141
将各谐波平面q轴给定电流与对应的谐波平面q轴电流反馈值作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，根据各谐波平面q轴电流误差值计算得到各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000142
(4)通过调节电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000143
进而调节各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000144
和各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000145
使得电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000146
与电机转速反馈值ωr的差值为零，实现对电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000147
无差跟踪；
通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000148
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000149
和其对应的谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)差值为零，实现对各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA00018481489200001410
无差跟踪；
通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001411
使得各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA00018481489200001412
和其对应的谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)差值为零，实现对各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA00018481489200001413
无差跟踪；
(5)根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000151
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000152
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000153
对各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000154
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000155
的大小及符号关系在对应谐波平面的相位影响进行补偿。
计算开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的具体过程为：
根据开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref与算法约定的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000156
和算法约定的各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000157
的数学关系可知：开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000158
可由各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000159
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001510
表示，即：
Figure BDA00018481489200001511
其中，
Figure BDA00018481489200001512
为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值；udk **为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面d轴电压给定值。
根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001513
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001514
计算各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200001515
的具体过程为：
第一步，各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001516
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000161
表示的开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000162
仅包含了各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的幅值信息，没有考虑到闭环控制时，各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000163
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000164
的大小及符号关系在对应谐波平面的相位影响。因此，非正弦输入相位补偿模块用各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000165
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000166
定义各谐波平面补偿相位
Figure BDA0001848148920000167
Figure BDA0001848148920000168
第二步，各谐波平面补偿角度
Figure BDA0001848148920000169
在对应谐波平面作用电机实际反馈角度θr，得到各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200001610
Figure BDA00018481489200001611
(6)对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200001612
进行空间矢量脉宽调制，空间矢量脉宽调制的本质是将各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref输入到d轴进行拓展反Park变换，并在拓展反Park变换输出的相调制波中注入了零序分量，得到变换前的非正弦相调制波
Figure BDA00018481489200001613
(7)将变换前的非正弦相调制波
Figure BDA00018481489200001614
隐含的d、q分量进行交换，即将多相SVPWM的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001615
输入方式转换为各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001616
输入方式。数学上交换拓展Park变换矩阵的d-q分量所在行，即得到交换d-q分量后的拓展Park变换矩阵Tc(θ)：
Figure BDA0001848148920000171
联立拓展反Park变换矩阵T-1(θ)、多相SVPWM输出变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000172
和交换d-q分量的拓展Park变换矩阵Tc(θ)得到多相SVPWM输出变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]的表达式：
Uout＝T-1(θ)Tc(θ)Usvpwm
将变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到n相PWM信号PWM1-2n。
n相PWM信号控制n相半桥逆变器输出电压作用在多相永磁同步电机的n个绕组上，产生对应于输入PWM调制波的电流信号波形，控制多相永磁同步电机运行。
本发明还提供一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，涉及的多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，为了获取最佳控制性能，将对1,3,…,n-2次谐波电流进行控制。
本实施例提供如图1所示的九相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，如图3所示，非正弦SVPWM控制装置包括速度控制器1、电流控制模块2、非正弦输入相位补偿模块3、多相SVPWM模块4、多相SVPWM输出变换模块5、九相半桥逆变器6、角度和转速获取模块8、电流检测模块9和拓展Park变换模块10。
角度和转速获取模块8采用速度传感器，用于检测电机实际反馈角度θr，并对其进行微分得到电机转速反馈值ωr，ωr＝dθr/dt。
电流检测模块9采用电流传感器，用于检测多相永磁同步电机的n相电流i1、i2、…、in，该n相电流是静止相坐标轴系下的相电流。
速度控制器1，其输入端与所述角度和转速获取模块8连接，用于接收电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000181
将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000182
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000183
通过调节电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000184
进而调节各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000185
和各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000186
使得电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000187
与电机转速的反馈值ωr差值为零，即电机转速的反馈值ωr始终跟随电机转速给定值
Figure BDA0001848148920000188
的变化而变化。
拓展Park变换模块10，其输入端与电流检测模块9连接，用于接收电机九相电流i1、i2、…、i9，通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机九相电流i1、i2、…、i9变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,idq5,idq7；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,idq5,idq7的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,id5,id7，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,idq5,idq7的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,iq5,iq7。
电流控制模块2包括电流分配器、4个d轴电流控制器和4个q轴电流控制器；
电流分配器的输入端与速度控制器1的输出端连接，用于根据电枢电流给定值
Figure BDA0001848148920000189
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure BDA00018481489200001810
和各谐波平面q轴给定电流
Figure BDA00018481489200001811
4个d轴电流控制器，即1，3，5，7次谐波平面d轴电流控制器，各谐波平面d轴电流控制器的第一输入端与拓展Park变换模块10的第一输出端连接，其第二输入端与电流分配器的第一输出端连接，用于接收各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000191
将其分别与对应谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,id5,id7作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000192
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000193
和对应谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,id5,id7差值为零，即各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,id5,id7始终跟随对应谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000194
的变化而变化；
4个q轴电流控制器，即1，3，5，7次谐波平面q轴电流控制器，各谐波平面q轴电流控制器的第一输入端与拓展Park变换模块10的第二输出端连接，其第二输入端与电流分配器的第二输出端连接，用于接收各谐波平面q轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000195
将其分别与各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,iq5,iq7作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000196
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000197
和对应谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,iq5,iq7差值为零，即各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,iq5,iq7始终跟随对应谐波平面d轴电流给定值
Figure BDA0001848148920000198
的变化而变化。
非正弦输入相位补偿模块3，其8个输入端分别与4个d轴电流控制器的4个输出端以及4个q轴电流控制器的4个输出端连接，用于根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000199
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001910
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,V5ref,V7ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200001911
各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001912
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200001913
的大小及符号关系在对应谐波平面的相位影响将由非正弦输入相位补偿模块3进行补偿。
具体地，根据开环电压给定的非正弦输入的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,V5ref,V7ref与算法约定的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000201
和算法约定的各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000202
的数学关系，用各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000203
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000204
定义算法约定的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000205
和算法约定的各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000206
开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的公式为：
Figure BDA0001848148920000207
用各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000208
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000209
定义各谐波平面补偿相位
Figure BDA00018481489200002010
以补偿闭环控制时，各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA00018481489200002011
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA00018481489200002012
的大小及符号关系在对应谐波平面的相位影响；各谐波平面补偿角度
Figure BDA00018481489200002013
在对应谐波平面作用电机实际反馈角度θr，得到各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200002014
各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA00018481489200002015
的公式为：
Figure BDA00018481489200002016
其中，
Figure BDA00018481489200002017
多相SVPWM模块4，其输入端与所述非正弦输入相位补偿模块3的输出端连接，用于对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,V5ref,V7ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure BDA0001848148920000211
进行空间矢量脉宽调制，其本质是将各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,V5ref,V7ref输入到d轴进行拓展反Park变换，并在拓展反Park变换输出的相调制波中注入了零序分量，得到变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000212
多相SVPWM输出变换模块5，其输入端与所述多相SVPWM模块4的输出端连接，用于将变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000213
隐含的d、q分量进行交换，得到变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,u9]。具体过程为：
将多相SVPWM的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000214
输入方式转换为各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000215
输入方式，联立拓展反Park变换矩阵T-1(θ)、多相SVPWM输出变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000216
和交换d-q分量的拓展Park变换矩阵Tc(θ)得到多相SVPWM输出变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,u9]的表达式Uout＝T-1(θ)Tc(θ)Usvpwm。
将变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,u9]作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到九相PWM信号PWM1-18。
九相半桥逆变器6，其18个输入端分别与所述多相SVPWM输出变换模块5的18个输出端连接，用于接收九相PWM信号PWM1-18并输出电压；九相半桥逆变器6的9个半桥输出端分别连接到九相永磁同步电机的1,2,…,9相输入端，九相半桥逆变器6的输出电压作用在九相永磁同步电机7的九个绕组上，控制九相永磁同步电机7的9相绕组相电流，产生对应于输入PWM调制波信号的电流信号波形，控制九相永磁同步电机运行。
进一步地，本发明实例利用Simulink对非正弦SVPWM控制方法进行仿真验证。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具。仿真中给定频率f＝50Hz，多相SVPWM输出变换前的非正弦相调制波
Figure BDA0001848148920000221
及快速傅里叶变换FFT如图4，其中图4(a)为谐波注入非正弦d轴相位补偿后SVPWM的9相调制波，图4(b)为谐波注入非正弦d轴相位补偿后SVPWM的a相调制波。可知，由于输入补偿后只得到q轴分量，而多相SVPWM输入应只有d轴分量，所以仅采用输入相位补偿不能实现多相SVPWM下的谐波注入非正弦供电，此时由于SVPWM注入了隐含的零序分量，存在九次分量。
图5(a)为多相SVPWM输出变换后的非正弦a相调制波，图5(b)为SPWM下的谐波注入非正弦供电a相调制波，对比可知通过多相SVPWM输出变换模块让多相SVPWM的各谐波平面d轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000222
输入方式转换为各谐波平面q轴电压给定值
Figure BDA0001848148920000223
输入方式，得到的多相SVPWM输出变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,u9]波形1，3，5，7次谐波分量与多相SPWM调制实现的谐波注入非正弦供电波形各频域分量相同。
此外，经过多相SVPWM输出变换模块后，不再存在九相零序分量，因为采用谐波注入非正弦供电技术之后，九相零序分量对直流母线电压利用率的提高是无益的，因此消除九次谐波能够避免其谐波损耗等不利影响。
本发明方法和装置为实现多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，以能够输出电流跟踪的相电压波形的SPWM技术作为基准，对谐波注入非正弦供电和多相SVPWM进行基准补偿。将谐波注入非正弦SVPWM基准补偿分为两部分：输入补偿和输出变换。通过基准补偿实现了多相永磁同步电机在电流闭环跟踪下采用SVPWM调制的谐波注入非正弦供电技术，具有更高的控制精度和稳定性，有效提高了多相永磁同步电机对直流母线电压的利用率、电机铁心利用率、输出转矩密度和功率密度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，所述多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure FDA0002309233800000011
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure FDA0002309233800000012
根据电枢电流给定值
Figure FDA0002309233800000013
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure FDA0002309233800000014
和各谐波平面q轴给定电流
Figure FDA0002309233800000015
(2)通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机n相电流i1、i2、…、in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)；
(3)将各谐波平面d轴给定电流与对应的谐波平面d轴电流反馈值作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，根据各谐波平面d轴电流误差值计算得到各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000016
将各谐波平面q轴给定电流与对应的谐波平面q轴电流反馈值作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，根据各谐波平面q轴电流误差值计算得到各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000017
(4)通过调节电枢电流给定值
Figure FDA0002309233800000018
进而调节各谐波平面d轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000019
和各谐波平面q轴电流给定值
Figure FDA00023092338000000110
使得电机转速给定值
Figure FDA00023092338000000111
与电机转速反馈值ωr的差值为零，实现对电机转速给定值
Figure FDA00023092338000000112
无差跟踪；
通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000021
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000022
和其对应的谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)差值为零，实现对各谐波平面d轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000023
无差跟踪；
通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000024
使得各谐波平面q轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000025
和其对应的谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)差值为零，实现对各谐波平面q轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000026
无差跟踪；
(5)根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000027
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000028
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA0002309233800000029
(6)对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA00023092338000000210
进行空间矢量脉宽调制，得到变换前的非正弦相调制波
Figure FDA00023092338000000211
(7)将变换前的非正弦相调制波
Figure FDA00023092338000000212
隐含的d、q分量进行交换，得到变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]，将其作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到n相PWM信号；n相PWM信号控制n相半桥逆变器输出电压作用在多相永磁同步电机的n个绕组上，产生对应于输入PWM调制波的电流信号波形，控制多相永磁同步电机运行。
2.根据权利要求1所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述控制策略使电机d轴电流分量为零，各谐波平面电流注入系数为k1,k3,...,kn-2，则各谐波平面d轴给定电流为
Figure FDA0002309233800000031
各谐波平面q轴给定电流为：
Figure FDA0002309233800000032
3.根据权利要求1或2所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，其特征在于，步骤(5)中，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000033
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000034
计算开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的公式为：
Figure FDA0002309233800000035
其中，
Figure FDA0002309233800000036
为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值；udk **为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面d轴电压给定值。
4.根据权利要求1或2所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，其特征在于，步骤(5)中，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000037
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000038
计算各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA0002309233800000039
的公式为：
Figure FDA00023092338000000310
其中，θr表示电机实际反馈角度，
Figure FDA00023092338000000311
5.根据权利要求1或2所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制方法，其特征在于，步骤(7)中，将变换前的非正弦相调制波
Figure FDA0002309233800000041
隐含的d、q分量进行交换时，交换拓展Park变换矩阵T(θ)的d、q分量所在行，得到交换d、q分量后的拓展Park变换矩阵Tc(θ)：
Figure FDA0002309233800000042
则变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]为：
Uout＝T-1(θ)Tc(θ)Usvpwm
其中，T-1(θ)为T(θ)的逆矩阵，
Figure FDA0002309233800000043
其中，
Figure FDA0002309233800000044
Figure FDA0002309233800000045
为k次谐波平面补偿后位置角，k＝1,3,...,n-2，拓展Park变换矩阵T(θ)中第一、二行为1次基波平面，第三、四行为3次谐波平面，第五、六行为5次谐波平面，依此类推，倒数第二和倒数第三行为n-2次谐波平面。
6.一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，所述多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，所述非正弦SVPWM控制装置包括：
角度和转速获取模块(8)，用于检测电机实际反馈角度θr，并对其进行微分得到电机转速反馈值ωr；
电流检测模块(9)，用于检测多相永磁同步电机的n相电流i1、i2、…、in，该n相电流是静止相坐标轴系下的相电流；其特征在于，还包括：
速度控制器(1)，其输入端与所述角度和转速获取模块(8)连接，用于将电机转速反馈值ωr和电机转速给定值
Figure FDA0002309233800000051
作差得到转速误差值，根据转速误差值计算得到电枢电流给定值
Figure FDA0002309233800000052
拓展Park变换模块(10)，其输入端与电流检测模块(9)连接，用于通过拓展Park变换矩阵T(θ)将静止相坐标轴系下的电机n相电流i1、i2、…、in变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)；以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的d轴电流分量作为各谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)，以所述旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量idq1,idq3,...,idq(n-2)的q轴电流分量作为各谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)；
电流控制模块(2)，包括电流分配器、(n-1)/2个d轴电流控制器和(n-1)/2个q轴电流控制器；
所述电流分配器的输入端与所述速度控制器(1)的输出端连接，用于根据电枢电流给定值
Figure FDA0002309233800000053
和控制策略，得到各谐波平面d轴给定电流
Figure FDA0002309233800000054
和各谐波平面q轴给定电流
Figure FDA0002309233800000055
所述(n-1)/2个d轴电流控制器，其第一输入端与所述拓展Park变换模块(10)的第一输出端连接，其第二输入端与所述电流分配器的第一输出端连接，用于分别将各谐波平面d轴给定电流与对应的谐波平面d轴电流反馈值作差，得到各谐波平面d轴电流误差值，根据各谐波平面d轴电流误差值计算得到各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000061
所述(n-1)/2个q轴电流控制器，其第一输入端与所述拓展Park变换模块(10)的第二输出端连接，其第二输入端与所述电流分配器的第二输出端连接，用于分别将各谐波平面q轴给定电流与对应的谐波平面q轴电流反馈值作差，得到各谐波平面q轴电流误差值，根据各谐波平面q轴电流误差值计算得到各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000062
非正弦输入相位补偿模块(3)，其(n-1)个输入端分别与所述(n-1)/2个d轴电流控制器的(n-1)/2个输出端以及所述(n-1)/2个q轴电流控制器的(n-1)/2个输出端连接，用于根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000063
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000064
计算得到开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA0002309233800000065
多相SVPWM模块(4)，其输入端与所述非正弦输入相位补偿模块(3)的输出端连接，用于对开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref和各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA0002309233800000066
进行空间矢量脉宽调制，得到变换前的非正弦相调制波
Figure FDA0002309233800000067
多相SVPWM输出变换模块(5)，其输入端与所述多相SVPWM模块(4)的输出端连接，用于将变换前的非正弦相调制波
Figure FDA0002309233800000068
隐含的d、q分量进行交换，得到变换后的非正弦相调制波Uout＝[u1,u2,u3,...,un]，将其作为PWM调制波对驱动脉冲进行调制，得到n相PWM信号PWM1-2n；
n相半桥逆变器(6)，其2n个输入端分别与所述多相SVPWM输出变换模块(5)的2n个输出端连接，用于接收n相PWM信号PWM1-2n输出电压；n相半桥逆变器(6)的输出电压作用在多相永磁同步电机的n个绕组上，产生对应于输入PWM调制波的电流信号波形，控制多相永磁同步电机运行。
7.根据权利要求6所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，其特征在于，所述非正弦输入相位补偿模块(3)，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000071
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000072
计算开环电压给定的非正弦输入算法的各谐波平面参考电压矢量V1ref,V3ref,...,V(n-2)ref的公式为：
Figure FDA0002309233800000073
其中，
Figure FDA0002309233800000074
为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面q轴电压给定值；udk **为开环电压给定的非正弦输入算法约定的各谐波平面d轴电压给定值。
8.根据权利要求6所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，其特征在于，所述非正弦输入相位补偿模块(3)，根据各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000075
和各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000076
计算各谐波平面补偿后位置角
Figure FDA0002309233800000077
的公式为：
Figure FDA0002309233800000078
其中，
Figure FDA0002309233800000079
9.根据权利要求6所述的一种多相永磁同步电机的非正弦SVPWM控制装置，其特征在于，
所述速度控制器(1)通过调节电枢电流给定值
Figure FDA00023092338000000710
使得转速误差值为零，实现对电机转速给定值
Figure FDA00023092338000000711
无差跟踪；
所述(n-1)/2个d轴电流控制器通过调节各谐波平面d轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000081
使得各谐波平面d轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000082
和对应谐波平面d轴电流反馈值id1,id3,...,id(n-2)差值为零，实现对各谐波平面d轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000083
无差跟踪；
所述(n-1)/2个q轴电流控制器通过调节各谐波平面q轴电压给定值
Figure FDA0002309233800000084
使得各谐波平面q轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000085
和对应谐波平面q轴电流反馈值iq1,iq3,...,iq(n-2)差值为零，实现对各谐波平面q轴电流给定值
Figure FDA0002309233800000086
无差跟踪。
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