CN110165918B - 一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，通过计算出的矢量、时间送给逆变器的逆变桥臂占空比合成环节，输出控制五个桥臂功率开关器件的开关信号，当逆变器输出满足要求的空间电压矢量作用于两个电机，实现两个电机机电能量转换的解耦控制，两台电机控制策略可以采用矢量控制或直接转矩控制。本发明采用空间电压矢量合成方法，实现了M1平面和M2平面电压矢量的精确合成，从而实现了两台电机转矩的精确控制，减小了两台电机转矩脉动，增强了两台电机运行的平稳性。

Description

一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法
技术领域
本发明涉及电子领域，特别是一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法。
背景技术
多相电机具有各相分担功率小、转矩脉动低、可控自由度多等优点，在要求高可靠性运行等应用领域得到愈来愈广泛的应用。五相电机是应用广泛的一种多相电机，具有绕组相数相对较少、驱动硬件成本相对较低等优点。为了实现其转矩和磁场的瞬时控制，需要五相逆变器供电。利用五相逆变器把直流母线电压逆变成电机侧需要的五相电压输出，通常由五个桥臂构成五相逆变器。
由于定子侧可开槽数受限，导致相数增多后，每一相绕组所占有的槽数减少，各相绕组反电动势中谐波增多，尤其是幅值较大的三次谐波和基波一样均能实现机电能量转换。这就需要五相逆变器在基波平面和三次谐波平面上同时输出满足要求的空间电压矢量。
五相电机可控自由度有4个，而一台正弦波五相电机机电能量转换控制只需要2个自由度，所有可以用剩余的2个自由度用于其他控制应用。其中，一种应用是采用单台5相逆变器供电驱动两台串联五相电机，这种多相电机串联系统可以减少逆变器的桥臂数量和附属电路、易于实现回馈制动，在多电飞机、轨道交通和电动汽车等对驱动系统空间体积要求较高的场合具有较大的应用优势。由于系统只有一台逆变器，需要逆变器同时输出两台五相电机机电能量转换平面上的空间电压矢量。所以，五相逆变器无论是控制单台五相电机，还是两台串联五相电机，均需要在双机电能量转换平面上输出满足要求的空间电压矢量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，以解决五相电机串联系统双平面上机电能量转换对空间电压矢量的需要。
本发明采用以下方案实现：一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，包括以下步骤：
一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，
包括以下步骤：
步骤S1：采集所述五相逆变器的输出电流iA、iB、iC、iD、iE及通过所述五相逆变器供电驱动的第一五相电机M1和第二五相电机M2的转子位置角θr1和θr2，并分别进行参考电压矢量计算得到第一五相电机M1的电压基波平面即M1平面和第二五相电机M2的电压基波平面即M2平面的参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000021
和
Figure BDA0002051012090000022
公式如下所示：
Figure BDA0002051012090000023
Figure BDA0002051012090000024
其中
Figure BDA0002051012090000025
为M1的电压基波平面静止坐标系下α1轴及β1轴两轴上的电压分量；
Figure BDA0002051012090000026
为M2的电压基波平面静止坐标系下α2轴及β2轴两轴上的电压分量；
步骤S2：根据五相电机串联规则，得M1的电压基波平面上的各电压矢量um1为：
Figure BDA0002051012090000031
其中m1＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE
M2的电压基波平面上的各电压矢量um2为：
Figure BDA0002051012090000032
其中m2＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE
上述两个公式中SA～SE代表逆变器五相输出状态，如果上桥臂开通，则Sk＝1，k＝A～E；如果下桥臂开通，则Sk＝0；
根据um1与um2的公式在两个电压基波平面画出各电压矢量，分别将所述第一台五相电机的电压基波平面即M1平面和第二台五相电机的电压基波平面即M2平面以0.2π为单位划分为10个扇区；将所述M1平面参考电压矢量的相角θ1进行平面扇区的计算得到M1平面扇区号k1；将所述M2平面参考电压矢量的相角θ2进行平面扇区的计算得到M2平面扇区号k2；
步骤S3：根据M1平面扇区号k1所处扇区，选择该扇区内与M1平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量和长矢量um11及ul11，以及与α1轴夹角大的中矢量和长矢量um12及ul12；根据M2平面扇区号k2所处扇区，选择该扇区内与M2平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量和长矢量um21及ul21，以及与α2轴夹角大的中矢量和长矢量um22及ul22；
步骤S4：计算M1平面的参考电压矢量副值
Figure BDA0002051012090000041
的作用时间Ts1；计算M2平面的参考电压矢量副值
Figure BDA0002051012090000042
的作用时间Ts2；
步骤S5：在所述M1平面上计算与M1的电压基波平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量um11和长矢量ul11作用时间Tmk1、Tlk1以及与α1轴夹角大的中矢量um12和长矢量ul12作用时间Tm(k1+1)、Tl(k1+1)，此时由四个矢量几何关系可得M2平面合成电压矢量为0；
步骤S6：在所述M2平面上计算与M2的电压基波平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量um21和长矢量ul21作用时间Tmk2、Tlk2以及与α2轴夹角大的中矢量um22和长矢量ul22作用时间Tm(k2+1)、Tl(k2+1)，此时由四个矢量几何关系可得M1平面合成电压矢量为0；
步骤S7：将步骤S5中得到的Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)进行M1平面零矢量作用时间计算，得到M1平面零矢量作用时间T01；将步骤S6中得到的Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)进行M2平面零矢量作用时间计算，得到M2平面零矢量作用时间T02；
步骤S8：由伏秒乘积等效原则，将上述电压矢量um11、ul11、um12、ul12、um21、ul21、um22、ul22对应的作用时间Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)、Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)、Tl(k2+1)、及零矢量作用时间T01、T02转化为逆变器各上桥臂导通的时间Ta-Te，用以控制五相逆变器输出空间电压矢量作用于第一五相电机M1和第二五相电机M2，实现两个电机机电能量转换的解耦控制。
进一步地，步骤S2中所述M1平面扇区号k1为：
Figure BDA0002051012090000043
所述M2平面扇区号k2为：
Figure BDA0002051012090000051
其中，函数int()表示取整数含义，θ1∈[0,2π)，θ2∈[0,2π)。
进一步地，所述步骤S4中将五相电机M1机电能量转换映射到M1平面，其作用时间为Ts1，把五相电机M2机电能量转换映射到M2平面，其作用时间为Ts2；且一个数字控制周期Ts内，各平面作用时间按各自参考电压矢量大小按比例分配如下：
Figure BDA0002051012090000052
Figure BDA0002051012090000053
进一步地，步骤S5中所述Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)分别为：
Figure BDA0002051012090000054
Figure BDA0002051012090000055
Tlk1＝1.618·Tmk1；
Tl(k1+1)＝1.618·Tm(k1+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
进一步地，步骤S6中所述Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)分别为：
Figure BDA0002051012090000061
Figure BDA0002051012090000062
Tlk2＝1.618·Tmk2；
Tl(k2+1)＝1.618·Tm(k2+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
进一步地，步骤S7中所述T01和T02的具体计算公式分别为：
T01＝Ts1-Tmk1-Tlk1-Tm(k1+1)-Tl(k1+1)
T02＝Ts2-Tmk2-Tlk2-Tm(k2+1)-Tl(k2+1)。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1)本发明把两台电机机电能量转换分别映射到M1平面和M2平面，利用M1平面和M2平面电压矢量分别控制两台电机的瞬时转矩，实现了两台电机机电能量的解耦控制。
2)本发明采用空间电压矢量合成方法，实现了M1平面和M2平面电压矢量的精确合成，从而实现了两台电机转矩的精确控制，减小了两台电机转矩脉动，增强了两台电机运行的平稳性。
附图说明
图1为本发明实施例的五相逆变器双电机串联系统最近四矢量空间电压矢量调制结构框图。
图2为本发明实施例的驱动系统硬件结构图。
图3为本发明实施例的双五相交流电机串联系统连接方式图。
图4为本发明实施例的双电机机电能量转换平面M1和M2上空间电压矢量分布图；其中图4(a)为M1空间电压矢量分布图4(b)为M2空间电压矢量分布。
图5为本发明实施例的合成参考电压矢量示意图；其中，图5(a)4个电压矢量在M1平面合成参考电压矢量图、图5(b)4个电压矢量在M2平面合成电压矢量图。
图6为本发明实施例的开关管时序图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，包括以下步骤：
步骤S1：采集所述五相逆变器的输出电流iA、iB、iC、iD、iE及通过所述五相逆变器供电驱动的第一五相电机M1和第二五相电机M2的转子位置角θr1和θr2，并分别进行参考电压矢量计算得到第一五相电机M1的电压基波平面即M1平面和第二五相电机M2的电压基波平面即M2平面的参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000071
和
Figure BDA0002051012090000072
公式如下所示：
Figure BDA0002051012090000073
Figure BDA0002051012090000074
其中
Figure BDA0002051012090000075
为M1的电压基波平面静止坐标系下α1轴及β1轴两轴上的电压分量；
Figure BDA0002051012090000076
为M2的电压基波平面静止坐标系下α2轴及β2轴两轴上的电压分量；
步骤S2：根据五相电机串联规则，得M1的电压基波平面上的各电压矢量um1为：
Figure BDA0002051012090000081
其中m1＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE
M2的电压基波平面上的各电压矢量um2为：
Figure BDA0002051012090000082
其中m2＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE
上述两个公式中SA～SE代表逆变器五相输出状态，如果上桥臂开通，则Sk＝1，k＝A～E；如果下桥臂开通，则Sk＝0；
根据um1与um2的公式在两个电压基波平面画出各电压矢量，如图4所示。分别将所述第一台五相电机的电压基波平面即M1平面和第二台五相电机的电压基波平面即M2平面以0.2π为单位划分为10个扇区；将所述M1平面参考电压矢量的相角θ1进行平面扇区的计算得到M1平面扇区号k1；将所述M2平面参考电压矢量的相角θ2进行平面扇区的计算得到M2平面扇区号k2；
步骤S3：根据M1平面扇区号k1所处扇区，选择该扇区内与M1平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量和长矢量um11及ul11，以及与α1轴夹角大的中矢量和长矢量um12及ul12；根据M2平面扇区号k2所处扇区，选择该扇区内与M2平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量和长矢量um21及ul21，以及与α2轴夹角大的中矢量和长矢量um22及ul22；
步骤S4：计算M1平面的参考电压矢量副值
Figure BDA0002051012090000091
的作用时间Ts1；计算M2平面的参考电压矢量副值
Figure BDA0002051012090000092
的作用时间Ts2；
步骤S5：在所述M1平面上计算与M1的电压基波平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量um11和长矢量ul11作用时间Tmk1、Tlk1以及与α1轴夹角大的中矢量um12和长矢量ul12作用时间Tm(k1+1)、Tl(k1+1)，此时由四个矢量几何关系可得M2平面合成电压矢量为0；
步骤S6：在所述M2平面上计算与M2的电压基波平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量um21和长矢量ul21作用时间Tmk2、Tlk2以及与α2轴夹角大的中矢量um22和长矢量ul22作用时间Tm(k2+1)、Tl(k2+1)，此时由四个矢量几何关系可得M1平面合成电压矢量为0；
步骤S7：将步骤S5中得到的Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)进行M1平面零矢量作用时间计算，得到M1平面零矢量作用时间T01；将步骤S6中得到的Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)进行M2平面零矢量作用时间计算，得到M2平面零矢量作用时间T02；
步骤S8：由伏秒乘积等效原则，将上述电压矢量um11、ul11、um12、ul12、um21、ul21、um22、ul22对应的作用时间Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)、Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)、Tl(k2+1)、及零矢量作用时间T01、T02转化为逆变器各上桥臂导通的时间Ta-Te，用以控制五相逆变器输出空间电压矢量作用于第一五相电机M1和第二五相电机M2，实现两个电机机电能量转换的解耦控制。
在本实施例中，步骤S2中所述M1平面扇区号k1为：
Figure BDA0002051012090000093
所述M2平面扇区号k2为：
Figure BDA0002051012090000101
其中，函数int()表示取整数含义，θ1∈[0,2π)，θ2∈[0,2π)。
在本实施例中，所述步骤S4中将五相电机M1机电能量转换映射到M1平面，其作用时间为Ts1，把五相电机M2机电能量转换映射到M2平面，其作用时间为Ts2；且一个数字控制周期Ts内，各平面作用时间按各自参考电压矢量大小按比例分配如下：
Figure BDA0002051012090000102
Figure BDA0002051012090000103
在本实施例中，步骤S5中所述Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)分别为：
Figure BDA0002051012090000104
Figure BDA0002051012090000105
Tlk1＝1.618·Tmk1；
Tl(k1+1)＝1.618·Tm(k1+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
在本实施例中，步骤S6中所述Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)分别为：
Figure BDA0002051012090000111
Figure BDA0002051012090000112
Tlk2＝1.618·Tmk2；
Tl(k2+1)＝1.618·Tm(k2+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
在本实施例中，步骤S7中所述T01和T02的具体计算公式分别为：
T01＝Ts1-Tmk1-Tlk1-Tm(k1+1)-Tl(k1+1)
T02＝Ts2-Tmk2-Tlk2-Tm(k2+1)-Tl(k2+1)。
较佳的，如图1所示本实施例由五相逆变器、M1和M2平面参考电压矢量计算环节、平面扇区判断环节、平面作用时间计算环节、平面四矢量作用时间计算环节、平面零矢量计算环节、矢量表查找环节、逆变桥臂占空比合成环节等。逆变器输出电流iA、iB、iC、iD、iE及两台电机转子位置角θr1和θr2送于参考电压矢量计算环节，分别输出M1和M2平面参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000113
把参考电压矢量相角θ1、θ2分别送给M1平面扇区判断环节和M2平面扇区判断环节，输出M1平面扇区号k1和M2平面扇区号k2；根据图4几何关系，可得矢量表1及矢量表2，把k1送给电压矢量表1，输出M1平面空间电压矢量um11、ul11、um12、ul12；把k2送给电压矢量表2，输出平面2空间电压矢量um21、ul21、um22、ul22；把参考电压矢量幅值
Figure BDA0002051012090000114
分别送给M1平面作用时间计算环节和M2平面作用时间计算环节，分别输出两平面作用时间Ts1、Ts2；把k1、Ts1、数字控制周期Ts送给M1平面四个矢量作用时间计算环节,分别输出与α1轴夹角小的中矢量和长矢量作用时间Tmk1、Tlk1以及与α1轴夹角大的中矢量和长矢量作用时间Tm(k1+1)、Tl(k1+1)；把k2、Ts2、数字控制周期Ts送给M2平面四个矢量作用时间计算环节,分别输出与α2轴夹角小的中矢量和长矢量作用时间Tmk2、Tlk2以及与α2轴夹角大的中矢量和长矢量作用时间Tm(k2+1)、Tl(k2+1)；把Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)送给M1平面零矢量作用时间计算T01环节，输出T01；把Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)、Tl(k2+1)送给M2平面零矢量作用时间计算T02环节，输出T02；最后，把上述计算出的矢量、时间送给逆变桥臂占空比合成环节，输出控制A-E五个桥臂功率开关器件的开关信号SA-SE,其中当对应相桥臂上管导通，下管关断时Si＝1(i＝A～E)；当对应相桥臂上管关断，下管导通时Si＝0(i＝A～E)；上管和下管互补导通。在SA-SE控制作用下，逆变器输出满足要求的空间电压矢量作用于两个电机，实现两个电机机电能量转换的解耦控制，两台电机控制策略可以采用矢量控制或直接转矩控制。
特别的，本实施例有与其配套的驱动系统硬件结构如图2所示。包括：整流电路、滤波电容、直流母线电压采集电路、五相逆变器、五相交流电机M1、五相交流电机M2、五相绕组电流采集电路、两台电机转子位置角采集电路、隔离驱动、中央控制器、人机接口等。其中五相逆变器直流母线电压也可以采用合适的直流电源提供。逆变器中功率管采用IGBT或MOSFET，中央控制器采用DSP或单片机。绕组电流采集电路采用霍尔电流传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器相结合方式构成。采用霍尔方案可以有效实现控制回路与主回路的电气隔离，采用绕组串功率电阻方案可以降低驱动系统成本。直流母线电压采集电路采用霍尔电压传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用并联电阻分压后接由运算放大器构成的电压跟随器相结合方式构成。转子位置角检测电路可以采用旋转编码器后接电平转换电路构成，也可以采用旋转变压器后接解码电路构成，其中前者成本较低，但位置角采样精度受编码器线数限制，而后者成本较高，但位置角采样精度较高。电流检测和电压采样电路输出的弱电信号送到中央控制器A/D转换模块，位置角检测电路输出的脉冲信号送给中央控制器QEP模块。根据取得的信号和本实施例的空间矢量调制方法，输出逆变桥臂开关信号，经由隔离驱动去控制逆变器中的功率开关管的开关动作。
较佳的，在本实施例中通过五相绕组电流采集电路采集五相逆变器的输出电流iA、iB、iC、iD、iE；通过两台电机转子位置角采集电路五相电机M1和五相电机M2的转子位置角θr1和θr2。
特别的，本实施例单逆变器供电五相交流电机M1串联五相交流电机M2系统的连接方式如图3所示，则恒功率变换下逆变器输出电压空间矢量可表示为：
Figure BDA0002051012090000131
式中k∈(0,31)。SA～SE代表逆变器五相输出状态，如果上桥臂开通，则Sk＝1(k＝A～E)；如果下桥臂开通，则Sk＝0。
双五相交流电机串联系统共四个自由度，可控机电能量转换平面有2个。五相全桥逆变器共有32种开关模式(00000～11111)。根据电机串联规则，32个电压空间矢量在两个电机基波平面M1和M2上的投影分布如图4所示，其中：
Figure BDA0002051012090000141
分别控制M1电机和M2电机机电能量转换的空间电压参考矢量。
以0.2π为单位将图4中的区域划分为10个扇区，扇区及其电压矢量对应关系如表1和表2所示。
表1 M1平面矢量
Figure BDA0002051012090000142
表2 M2平面矢量
Figure BDA0002051012090000151
根据五相电机串联规则，进一步得两个平面上的中矢量um1和um2的分别为：
Figure BDA0002051012090000152
Figure BDA0002051012090000153
由电压矢量分布图几何关系可得中矢量及小矢量的幅值，三者矢量幅值关系如下表3所示。
表3五相电压逆变器电压空间矢量幅值
Figure BDA0002051012090000154
为了实现M1和M2两个电机机电能量转换解耦控制，把电机M1机电能量转换映射到M1平面，其作用时间为Ts1，把电机M2机电能量转换映射到M2平面，其作用时间为Ts2。且一个数字控制周期Ts内，各平面作用时间按各自参考电压矢量大小按比例分配如下：
Figure BDA0002051012090000161
Figure BDA0002051012090000162
为了充分利用空间电压矢量，在时间TS1内，选取M1平面θ1所处扇区两侧的两个中矢量及两个大矢量，用以合成参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000163
同理，在时间TS2内，选取M2平面θ2所处扇区两侧的两个中矢量及两个大矢量，用以合成参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000164
在时间TS1内，θ1处于第一扇区为例，根据表1，选取u16、u24、u25、u29四个电压矢量，合成参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000165
电压矢量合成图如图5所示。
设u16和u25在M1平面上合成新的电压矢量为Ua，设Ua作用时间为Ta，u25作用时间为Tl1＝λTa，u16作用时间为Tm1＝(1-λ)Ta,u24和u29在M1平面上合成新的电压矢量为Ub，作用时间为Tb，u24作用时间为Tl2＝εTb，u29作用时间为Tm2＝(1-ε)Tb,则在M1平面矢量上
Ua＝λu25+(1-λ)u16＝λul+(1-λ)um (6)
Ub＝εu24+(1-ε)u29＝εul+(1-ε)um (7)
在M2平面矢量上，合成电压矢量为0：
λu25-(1-λ)u16＝λus-(1-λ)um＝0 (8)
εu24-(1-ε)u29＝εul-(1-ε)um＝0 (9)
可求得
Figure BDA0002051012090000166
Ua＝Ub≈0.8738UDC,由图4中(a)图几何关系可得：
Figure BDA0002051012090000171
Figure BDA0002051012090000172
进一步可求得Tl1、Tm1、Tl2、Tm2作用的时间。同理可求得时间TS2内，各矢量作用时间。根据各矢量长短关系，计算M1平面各矢量作用时间如下：
Figure BDA0002051012090000173
Figure BDA0002051012090000174
Tlk1＝1.618·Tmk1 (14)
Tl(k1+1)＝1.618·Tm(k1+1) (15)
计算M2平面各矢量作用时间如下：
Figure BDA0002051012090000175
Figure BDA0002051012090000176
Tlk2＝1.618·Tmk2 (18)
Tl(k2+1)＝1.618·Tm(k2+1) (19)
各电压作用时间进行限幅，则M1平面零矢量作用时间T01、M2平面零矢量作用时间T02：
T01＝Ts1-Tmk1-Tlk1-Tm(k1+1)-Tl(k1+1) (20)
T02＝Ts2-Tmk2-Tlk2-Tm(k2+1)-Tl(k2+1) (21)
设五相逆变器各上桥臂导通的时间分别为Ta-Te，将电压矢量(u0～u31)作用的时间(T0～T31)转化为Ta-Te，可以把选择出的电压矢量直接按时序输出如下表4所示：
表4各电压矢量作用时间转换开关管上桥臂开通时间表
Figure BDA0002051012090000181
也可以根据伏秒乘积等效原则，求一周期Ts内各电压矢量对应上桥臂开关管开通时间Ta-Te之和，按照图6，将选中的各电压矢量作用时间转化为各相导通PWM波总的的作用时间。例如θ1、θ2同处于第一扇区时，Ts1时间内选择u16、u24、u25、u29四个电压矢量，Ts2时间内选择u16、u18、u22、u30四个电压矢量，采用中间对齐方式，上桥臂各开关管时序图波形如图6所示：
在本实施例中工作的具体过程包括如下步骤：
(1)根据矢量控制或直接转矩控制策略，计算出M1和M2平面参考电压矢量
Figure BDA0002051012090000182
(2)把参考电压矢量相角θ1、θ2分别送给M1平面扇区判断环节和M2平面扇区判断环节，输出平面1扇区号k1(1-10)和平面2扇区号k2(1-10)：
Figure BDA0002051012090000191
Figure BDA0002051012090000192
其中，函数int()表示取整数含义。
(3)把k1送给矢量表1，输出M1平面空间电压矢量um11、ul11、um12、ul12；把k2送给矢量表2，输出M2平面空间电压矢量um21、ul21、um22、ul22；
(4)把参考电压矢量幅值
Figure BDA0002051012090000193
分别送给M1平面作用时间计算环节和M2平面作用时间计算环节，分别输出两平面作用时间Ts1、Ts2：
Figure BDA0002051012090000194
Figure BDA0002051012090000195
(5)把k1、Ts1、数字控制周期Ts、直流母线电压UDC、
Figure BDA0002051012090000196
θ1送给M1平面四个矢量作用时间计算环节,分别输出与α1轴夹角小的中矢量和长矢量作用时间Tmk1、Tlk1以及与α1轴夹角大的中矢量和长矢量作用时间Tm(k1+1)、Tl(k1+1)；把k2、Ts2、数字控制周期Ts、直流母线电压UDC、
Figure BDA0002051012090000197
θ2送给M2平面四个矢量作用时间计算环节,分别输出与α2轴夹角小的中矢量和长矢量作用时间Tmk2、Tlk2以及与α2轴夹角大的中矢量和长矢量作用时间Tm(k2+1)、Tl(k2+1)：
Figure BDA0002051012090000198
Figure BDA0002051012090000199
Tlk1＝1.618·Tmk1
Tl(k1+1)＝1.618·Tm(k1+1)
Figure BDA0002051012090000201
Figure BDA0002051012090000202
Tlk2＝1.618·Tmk2
Tl(k2+1)＝1.618·Tm(k2+1)
(6)把Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)送给M1平面零矢量作用时间计算T01环节，输出T01；把Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)、Tl(k2+1)送给M2平面零矢量作用时间计算T02环节，输出T02：
T01＝Ts1-Tmk1-Tlk1-Tm(k1+1)-Tl(k1+1)
T02＝Ts2-Tmk2-Tlk2-Tm(k2+1)-Tl(k2+1)
(7)把上述计算出的矢量、时间送给逆变桥臂占空比合成环节，输出控制A-E五个桥臂功率开关器件的开关信号SA-SE；
(8)在SA-SE控制作用下，逆变器输出满足要求的空间电压矢量作用于两个电机，实现两个电机机电能量转换的解耦控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤S1：采集所述五相逆变器的输出电流iA、iB、iC、iD、iE及通过所述五相逆变器供电驱动的第一五相电机M1和第二五相电机M2的转子位置角θr1和θr2，并分别进行参考电压矢量计算得到第一五相电机M1的电压基波平面即M1平面和第二五相电机M2的电压基波平面即M2平面的参考电压矢量
Figure FDA0002527573010000011
和
Figure FDA0002527573010000012
公式如下所示：
Figure FDA0002527573010000013
Figure FDA0002527573010000014
其中
Figure FDA0002527573010000015
为M1的电压基波平面静止坐标系下α1轴及β1轴两轴上的电压分量；
Figure FDA0002527573010000016
为M2的电压基波平面静止坐标系下α2轴及β2轴两轴上的电压分量；
步骤S2：根据五相电机串联规则，得M1的电压基波平面上的各电压矢量um1为：
Figure FDA0002527573010000017
其中m1＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE，UDC表示直流母线电压；
M2的电压基波平面上的各电压矢量um2为：
Figure FDA0002527573010000018
其中m2＝16SA+8SB+4SC+2SD+SE
上述两个公式中SA～SE代表逆变器五相输出状态，如果上桥臂开通，则Sk＝1，k＝A～E；如果下桥臂开通，则Sk＝0；
根据um1与um2的公式在两个电压基波平面画出各电压矢量，分别将所述第一台五相电机的电压基波平面即M1平面和第二台五相电机的电压基波平面即M2平面以0.2π为单位划分为10个扇区；将所述M1平面参考电压矢量的相角θ1进行平面扇区的计算得到M1平面扇区号k1；将所述M2平面参考电压矢量的相角θ2进行平面扇区的计算得到M2平面扇区号k2；
步骤S3：根据M1平面扇区号k1所处扇区，选择该扇区内与M1平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量和长矢量um11及ul11，以及与α1轴夹角大的中矢量和长矢量um12及ul12；根据M2平面扇区号k2所处扇区，选择该扇区内与M2平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量和长矢量um21及ul21，以及与α2轴夹角大的中矢量和长矢量um22及ul22；
步骤S4：计算M1平面的参考电压矢量副值
Figure FDA0002527573010000021
的作用时间Ts1；计算M2平面的参考电压矢量副值
Figure FDA0002527573010000022
的作用时间Ts2；
步骤S5：在所述M1平面上计算与M1的电压基波平面静止坐标系α1轴夹角小的中矢量um11和长矢量ul11作用时间Tmk1、Tlk1以及与α1轴夹角大的中矢量um12和长矢量ul12作用时间Tm(k1+1)、Tl(k1+1)，此时由四个矢量几何关系可得M2平面合成电压矢量为0；
步骤S6：在所述M2平面上计算与M2的电压基波平面静止坐标系α2轴夹角小的中矢量um21和长矢量ul21作用时间Tmk2、Tlk2以及与α2轴夹角大的中矢量um22和长矢量ul22作用时间Tm(k2+1)、Tl(k2+1)，此时由四个矢量几何关系可得M1平面合成电压矢量为0；
步骤S7：将步骤S5中得到的Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)进行M1平面零矢量作用时间计算，得到M1平面零矢量作用时间T01；将步骤S6中得到的Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)进行M2平面零矢量作用时间计算，得到M2平面零矢量作用时间T02；
步骤S8：由伏秒乘积等效原则，将上述电压矢量um11、ul11、um12、ul12、um21、ul21、um22、ul22对应的作用时间Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)、Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)、Tl(k2+1)、及零矢量作用时间T01、T02转化为逆变器各上桥臂导通的时间Ta-Te，用以控制五相逆变器输出空间电压矢量作用于第一五相电机M1和第二五相电机M2，实现两个电机机电能量转换的解耦控制。
2.根据权利要求1所述的一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：
步骤S2中所述M1平面扇区号k1为：
Figure FDA0002527573010000031
所述M2平面扇区号k2为：
Figure FDA0002527573010000032
其中，函数int()表示取整数含义，θ1∈[0,2π)，θ2∈[0,2π)。
3.根据权利要求1所述的一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：所述步骤S4中将五相电机M1机电能量转换映射到M1平面，其作用时间为Ts1，把五相电机M2机电能量转换映射到M2平面，其作用时间为Ts2；且一个数字控制周期Ts内，各平面作用时间按各自参考电压矢量大小按比例分配如下：
Figure FDA0002527573010000041
Figure FDA0002527573010000042
4.根据权利要求1所述的一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：步骤S5中所述Tmk1、Tlk1、Tm(k1+1)、Tl(k1+1)分别为：
Figure FDA0002527573010000043
Figure FDA0002527573010000044
Tlk1＝1.618·Tmk1；
Tl(k1+1)＝1.618·Tm(k1+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
5.根据权利要求1所述的一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：步骤S6中所述Tmk2、Tlk2、Tm(k2+1)和Tl(k2+1)分别为：
Figure FDA0002527573010000045
Figure FDA0002527573010000046
Tlk2＝1.618·Tmk2；
Tl(k2+1)＝1.618·Tm(k2+1)；
其中，UDC为直流母线电压。
6.根据权利要求1所述的一种五相逆变器双平面最近四矢量空间电压矢量调制方法，其特征在于：步骤S7中所述T01和T02的具体计算公式分别为：
T01＝Ts1-Tmk1-Tlk1-Tm(k1+1)-Tl(k1+1)
T02＝Ts2-Tmk2-Tlk2-Tm(k2+1)-Tl(k2+1)。
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