CN112953359B - 双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统 - Google Patents

双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统，本发明方法包括计算指令电压
Figure DDA0002944700800000011
根据指令电压
Figure DDA0002944700800000012
以及直流母线电压Udc，计算指令电压角
Figure DDA0002944700800000013
以及调制比m；根据转子位置角θr、指令电压角
Figure DDA0002944700800000014
进行负载角计算得到指令负载角δ*；根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*，m，N)，根据电压角
Figure DDA0002944700800000015
最优开关角度P(δ*，m，N)以及频率f生成六相脉冲以控制双三相永磁同步电机。本发明能够抑制低载波比工况下定子电流谐波，降低定子电流的总谐波失真率(Total Harmonic Distortion，THD)，提高系统性能。

Description

双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统
技术领域
本发明涉及双三相永磁同步电机的控制技术，具体涉及一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统。
背景技术
双三相永磁同步电机具有转矩脉动小，容错性好，高功率密度等优点而被广泛应用于电动汽车、船舶推进、大功率机车牵引等领域。但由于开关损耗和冷却条件的限制，在大功率牵引系统上，变流器的开关频率被限制在几百赫兹以内。低开关频率会导致逆变器的输出电压低次谐波含量增加，引起负载电流畸变，电流峰值变大，转矩脉动等问题，对系统性能影响较大。不同于传统的三相永磁同步电机，双三相永磁同步电机的6k±1(k＝1,3,5,...)次谐波阻抗较小，很小的谐波电压就会引起很大相应的谐波电流，在低载波比的情况下，电流谐波对牵引系统的影响更为严重。目前对三相电机在低载波比的研究较多，但对双三相电机在低开关频率下抑制电流谐波的控制方法或调制策略较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法及系统，本发明能够抑制低载波比工况下定子电流谐波，降低定子电流的总谐波失真率(Total Harmonic Distortion,THD)，提高系统性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，包括：
1)根据给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000011
进行电压计算得到指令电压
Figure BDA0002944700780000012
2)根据指令电压
Figure BDA0002944700780000013
以及直流母线电压Udc，计算指令电压角
Figure BDA0002944700780000014
以及调制比m；
3)根据转子位置角θr、指令电压角
Figure BDA0002944700780000015
进行负载角计算得到指令负载角δ*；
4)根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)，根据电压角
Figure BDA0002944700780000016
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相脉冲，将六相脉冲输出至逆变器以控制双三相永磁同步电机。
可选地，步骤1)中进行电压计算的计算函数表达式为：
Figure BDA0002944700780000017
Figure BDA0002944700780000021
Figure BDA0002944700780000022
上式中，
Figure BDA0002944700780000023
为作为指令电压
Figure BDA0002944700780000024
的定子电压矢量，R为定子电阻，
Figure BDA0002944700780000025
为定子电流矢量，
Figure BDA0002944700780000026
是定子磁通矢量，ψd1,ψq1,ψd2和ψq2为双三相永磁同步电机的双dq坐标系下的磁链，id1,iq1,id2和iq2分别为代入给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000027
的双dq坐标系下的电流，Ldq是电感矩阵，ψf是转子永磁体磁链，Ld1,Lq1,Ld2和Lq2是每组单个三相绕组的电机自感，Md12和Md21是两组绕组d轴之间的互感，Mq12和Mq21是两组绕组q轴之间的互感。
可选地，步骤2)中计算指令电压角
Figure BDA0002944700780000028
是指在得到指令电压
Figure BDA0002944700780000029
的基础上根据
Figure BDA00029447007800000210
计算得到指令电压
Figure BDA00029447007800000211
的1次电压谐波的幅值U1和电压角θu，并将电压角θu作为指令电压角
Figure BDA00029447007800000212
可选地，步骤2)中计算调制比m是指根据m＝U1/(2Udc/π)计算得到调制比m，其中U1为指令电压
Figure BDA00029447007800000213
的1次电压谐波的幅值，Udc为直流母线电压。
可选地，步骤3)包括：判断双三相永磁同步电机的转动方向，若转动方向为正转，则根据δ＝θu-θr+π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*；若转动方向为反转，则根据δ＝θu-θr-π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*，其中θr为转子位置角，θu为用于代入指令电压角
Figure BDA00029447007800000214
的电压角。
可选地，步骤2)之前还包括建立查找表的步骤：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ1、漏感比ρ2、负载角δ和开关角数量N通过求解条件极值计算不同调制比m下的最优开关角度P(δ*,m,N)，从而得到多组不同求解结果并将得到的求解结果写入查找表；
min:σi
Figure BDA00029447007800000215
Figure BDA0002944700780000031
Figure BDA0002944700780000032
上式中，σi表示考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标，Udc为直流母线电压，凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，U12k-5为12k-5次电压谐波的幅值，U12k-7为12k-7次电压谐波的幅值，U12k+1为12k+1次电压谐波的幅值，U12k-1为12k-1次电压谐波的幅值，k为取值为自然数的系数，δ为负载角，Un为n次电压谐波的幅值，s表示变流器输出初始电压是高电平或低电平且取值为-1或1，n为谐波次数，N为[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角。
此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括：
参数计算程序单元，用于根据给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000033
以及转子位置角θr进行电压计算得到指令电压
Figure BDA0002944700780000034
与电压角
Figure BDA0002944700780000035
根据母线电压Udc与指令电压
Figure BDA0002944700780000036
进行调制比计算得到调制比m；根据转子位置角θr、电压角
Figure BDA0002944700780000037
进行负载角计算得到负载角δ*；
角度查表程序单元，用于根据负载角δ*、调制比m以及预设的开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)；
脉冲生成程序单元，用于根据电压角
Figure BDA0002944700780000038
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相输出脉冲，将六相输出脉冲输出至双三相永磁同步电机的逆变器以控制双三相永磁同步电机。
此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括双三相永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器和控制单元，所述双三相永磁同步电机的六相线路分为两组，其中一组三相线路通过第一逆变器与电网相连，另一组通过第二逆变器和与电网相连，所述第一逆变器、第二逆变器的控制端均与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
此外，本发明还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明方法包括计算指令电压
Figure BDA0002944700780000041
根据指令电压
Figure BDA0002944700780000042
以及直流母线电压Udc，计算指令电压角
Figure BDA0002944700780000043
以及调制比m；根据转子位置角θr、指令电压角
Figure BDA0002944700780000044
进行负载角计算得到指令负载角δ*；根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)，根据电压角
Figure BDA0002944700780000045
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f生成六相脉冲以控制双三相永磁同步电机。本发明能够抑制低载波比工况下定子电流谐波，降低定子电流的总谐波失真率(Total Harmonic Distortion,THD)，提高系统性能。
附图说明
图1为现有双三相永磁同步电机的驱动系统结构示意图。
图2为现有双三相永磁同步电机的空间矢量图。
图3为本发明实施例中逆变器采用优化的同步调制时的相电压输出波形。
图4为本发明实施例中N＝2,ρ1＝1.7,ρ2＝0.1,δ＝0°时的计算结果.
图5为本发明实施例中最优开关角的优化指标值。
图6为本发明实施例方法的基本流程示意图。
具体实施方式
图1为现有双三相永磁同步电机的驱动系统结构示意图，假设双三相绕组在空间上对称分布，且气隙磁势在空间上正弦分布，忽略磁路饱和与铁芯损耗，涡电流和磁滞损耗可不计。则双三相永磁同步电机的电压方程可表示为：
Figure BDA0002944700780000046
Figure BDA0002944700780000047
Figure BDA0002944700780000048
上式中，
Figure BDA0002944700780000049
为定子电压矢量，R为定子电阻，
Figure BDA00029447007800000410
为定子电流矢量，
Figure BDA00029447007800000411
是定子磁通矢量，ψd1,ψq1,ψd2和ψq2为双三相永磁同步电机的双dq坐标系下的磁链，id1,iq1,id2和iq2分别为双dq坐标系下的电流，Ldq是电感矩阵，ψf是转子永磁体磁链，Ld1,Lq1,Ld2和Lq2是每组单个三相绕组的电机自感，Md12和Md21是两组绕组d轴之间的互感，Mq12和Mq21是两组绕组q轴之间的互感。
双三相永磁同步电机的空间矢量图如图2所示，根据图2的变换关系，从同步旋转dq坐标系到静止αβ坐标系的变换矩阵T2r/2S为：
Figure BDA0002944700780000051
上式中，θr为转子位置角。
结合这个变换矩阵，式(2)可以改写为：
Figure BDA0002944700780000052
上式中，iα1,iβ1,iα2和iβ2是静止αβ坐标系的电流，Lαβ是在静止αβ坐标系下的电感矩阵，
Figure BDA0002944700780000053
是转子磁通矢量，可表示为：
Figure BDA0002944700780000054
其中A,B,C,D分别为中间变量，且有：
Figure BDA0002944700780000055
Figure BDA0002944700780000056
Figure BDA0002944700780000057
Figure BDA0002944700780000058
Figure BDA0002944700780000061
上式中，Ld1,Lq1,Ld2和Lq2是每组单个三相绕组的电机自感，Md12和Md21是两组绕组d轴之间的互感，Mq12和Mq21是两组绕组q轴之间的互感，θr为转子位置角，ψf是转子永磁体磁链。将式(5)代入式(1)可得：
Figure BDA0002944700780000062
忽略电阻的影响，那么定子电流可以表示为：
Figure BDA0002944700780000063
当逆变器采用优化的同步调制时，相电压输出波形应保持半波对称和四分之一波对称，如图3所示。双三相永磁同步电机系统逆变器输出相电压的傅里叶级数可以表示为：
Figure BDA0002944700780000064
上式中，UA1,UB1,UC1,UA2,UB2,UC2是逆变器相对于中点o的输出电压，n是谐波次数，ω是基波角频率，Un是n次电压谐波的幅值。n次电压谐波的幅值Un可表示为：
Figure BDA0002944700780000065
上式中，N是[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角，Udc是直流母线电压；s可以取-1或1，s＝1时对应着图3的Type A，变流器输出初始电压是高电平，s＝-1时对应着图3的Type B，变流器输出初始电压是低电平。
根据图1，双三相永磁同步电机的相电压UAN1,UBN1,UCN1,UAN2,UBN2,UCN2分别可表示为：
Figure BDA0002944700780000071
上式中，UN1O,UN2O是共模电压，UA1,UB1,UC1和UA2,UB2,UC2分别为六相的电压。根据图2的矢量变换关系，将式(12)自然坐标系下的相电压变换到静止αβ坐标系，可表示为：
Figure BDA0002944700780000072
上式中，U6k+1为6k+1次电压谐波的幅值，U6k+5为6k+5次电压谐波的幅值，电压相角θ＝ωt，其中ω为角速度，t为时间。
在式(13)中，输出电压与θ有关，而在式(5)中，Lαβ与转子位置角θr有关，有必要研究一下θ与θr之间的关系。在图2中，
Figure BDA0002944700780000073
是定子电压矢量
Figure BDA0002944700780000074
与d轴之间的角，θu是
Figure BDA0002944700780000075
与α1轴之间的角，且θu＝θ-π/2，δ是双三相永磁同步电机的负载角，由此电压相角θ可以表示为：
Figure BDA0002944700780000076
上式中，θr为转子位置角，
Figure BDA0002944700780000077
是定子电压矢量
Figure BDA0002944700780000078
与d轴之间的角。
忽略定子电阻压降，则定子电压矢量
Figure BDA0002944700780000079
与d轴之间的角
Figure BDA00029447007800000710
可表示为：
Figure BDA00029447007800000711
其中，δ为负载角，其中“+”对应着电机正转，“-”对应电机反转。
结合式(6)、(7)、(9)、(13)、(14)和(15)，则A1相电流可以表示为：
Figure BDA0002944700780000081
上式中，|I12k-7|，|I12k-5|,|I12k-1|和|I12k+1|分别是第12k-7，12k-5,12k-1和12k+1(k＝1,2,3,...)次电流谐波的幅值，α12k-7,α12k-5,α12k-1和α12k+1是第12k-7，12k-5,12k-1和12k+1(k＝1,2,3,...)次电流谐波的初始相位，分别表示为:
Figure BDA0002944700780000082
Figure BDA0002944700780000091
其中Lk1,Lk2,Lk3,Lk4是电感系数，表示如下:
Figure BDA0002944700780000092
在双三相永磁同步电机中，dq轴坐标系下的电感具有以下关系，表示为:
Figure BDA0002944700780000093
上式中，Laad和Laaq是dq轴坐标系下的主自感，Laa1是漏感。
将式(20)代入(19)可以得到：
Figure BDA0002944700780000094
可以看出Lk1和Lk2都等于漏感的倒数，将式(21)代入式(17)，则式(17)前两项可以表示为：
Figure BDA0002944700780000095
从式(22)可以看出，|I12k-7|和|I12k-5|和漏感Laa1相关，很小的U12k-7和U12k-5谐波电压就可以引起很大相应的谐波电流，这也证明了双三相永磁同步电机定子电流的6k±1(k＝1,3,5,...)次谐波比较大。
根据式(16)、(17)和(18)，电流谐波的均方根(RMS)ihrms可以表示为：
Figure BDA0002944700780000101
上式中，it是t次电流谐波的均方根值，且t＝6k±1,k＝1,2,3,...。
为了方便分析，定义凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，表示为：
ρ1＝Lq1/Ld1 (24)
ρ2＝Laa1/Ld1 (25)
那么，电流谐波均方根ihrms可以改写为：
Figure BDA0002944700780000102
根据式(26)，提出一个考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标σi，表示为：
Figure BDA0002944700780000103
根据式(11)与式(27)，提出下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型：
Figure BDA0002944700780000111
其中，σi表示考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标，Udc为直流母线电压，凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，U12k-5为12k-5次电压谐波的幅值，U12k-7为12k-7次电压谐波的幅值，U12k+1为12k+1次电压谐波的幅值，U12k-1为12k-1次电压谐波的幅值，k为取值为自然数的系数，δ为负载角，Un为n次电压谐波的幅值，s表示变流器输出初始电压是高电平或低电平且取值为-1或1，n为谐波次数，N为[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角。基于上述推导和分析，下文将对本实施例双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法进行具体说明。
如图6所示，本实施例双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法包括：
1)根据给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000112
进行电压计算得到指令电压
Figure BDA0002944700780000113
2)根据指令电压
Figure BDA0002944700780000114
以及直流母线电压Udc，计算指令电压角
Figure BDA0002944700780000115
以及调制比m；
3)根据转子位置角θr、指令电压角
Figure BDA0002944700780000116
进行负载角计算得到指令负载角δ*；
4)根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)，根据电压角
Figure BDA0002944700780000117
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f(本实施例中电机频率设为25Hz)进行PWM同步脉冲生成六相脉冲，将六相脉冲输出至逆变器以控制双三相永磁同步电机。
本实施例中，步骤1)中进行电压计算的计算函数表达式为：
Figure BDA0002944700780000118
Figure BDA0002944700780000119
Figure BDA00029447007800001110
上式中，
Figure BDA00029447007800001111
为作为指令电压
Figure BDA00029447007800001112
的定子电压矢量，R为定子电阻，
Figure BDA00029447007800001113
为定子电流矢量，
Figure BDA00029447007800001114
是定子磁通矢量，ψd1,ψq1,ψd2和ψq2为双三相永磁同步电机的双dq坐标系下的磁链，id1,iq1,id2和iq2分别为代入给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000121
的双dq坐标系下的电流，Ldq是电感矩阵，ψf是转子永磁体磁链，Ld1,Lq1,Ld2和Lq2是每组单个三相绕组的电机自感，Md12和Md21是两组绕组d轴之间的互感，Mq12和Mq21是两组绕组q轴之间的互感。
本实施例中，步骤2)中计算指令电压角
Figure BDA0002944700780000122
是指在得到指令电压
Figure BDA0002944700780000123
的基础上根据
Figure BDA0002944700780000124
计算得到指令电压
Figure BDA0002944700780000125
的1次电压谐波的幅值U1和电压角θu，并将电压角θu作为指令电压角
Figure BDA0002944700780000126
本实施例中，步骤2)中计算调制比m是指根据m＝U1/(2Udc/π)计算得到调制比m，其中U1为指令电压
Figure BDA0002944700780000127
的1次电压谐波的幅值，Udc为直流母线电压。
本实施例中，步骤3)包括：判断双三相永磁同步电机的转动方向，若转动方向为正转，则根据δ＝θu-θr+π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*；若转动方向为反转，则根据δ＝θu-θr-π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*，其中θr为转子位置角，θu为用于代入指令电压角
Figure BDA0002944700780000128
的电压角。其中，转子位置角θr通过位置编码器获得。
本实施例中，步骤2)之前还包括建立查找表的步骤：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ1、漏感比ρ2、负载角δ和开关角数量N通过求解条件极值计算不同调制比m下的最优开关角度P(δ*,m,N)，从而得到多组不同求解结果并将得到的求解结果写入查找表；
Figure BDA0002944700780000129
Figure BDA00029447007800001210
Figure BDA00029447007800001211
上式中，σi表示考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标，Udc为直流母线电压，凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，U12k-5为12k-5次电压谐波的幅值，U12k-7为12k-7次电压谐波的幅值，U12k+1为12k+1次电压谐波的幅值，U12k-1为12k-1次电压谐波的幅值，k为取值为自然数的系数，δ为负载角，Un为n次电压谐波的幅值，s表示变流器输出初始电压是高电平或低电平且取值为-1或1，n为谐波次数，N为[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角。
根据式(28)，最优开关角的求解其实是一个条件极值求解问题，当ρ1,ρ2,δ,和N的值给定后，可通过matlab的fmincon()函数或者其他求解此类条件极值问题的算法，可以计算出不同调制比下的最优开关角。图4和图5给出了N＝2,ρ1＝1.7,ρ2＝0.1,δ＝0°时的最优开关角与优化指标值。在图5中，给出对应于图3中Type A与Type B的优化指标值，在同调制比下，选择优化指标值小的开关角作为全局最优开关角，如在m∈(0,0.8]andm∈(0.88,1)范围内，Type A的优化指标值小，在m∈(0.8,0.88]范围内，Type B的优化指标值小，故取这三段范围内，在图4中，用实线表示全局最优开关角。类似的，任意给定ρ1,ρ2,δ,和N的值后，可以算出最优开关角，得到最优开关角后，将开关角储存在控制器程序里，供变流器运行时通过查找表法调用。最终，可根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)，根据电压角
Figure BDA0002944700780000131
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相脉冲，将六相脉冲输出至逆变器以控制双三相永磁同步电机。
综上所述，本实施例中公开了一种在低载波比下考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小脉宽调制(Current Harmonic Minimum Pulse Width Modulation,CHMPWM)方法，本实施例通过分析在两相静止坐标系下的电感矩阵以及逆变器输出电压与双三相永磁同步电机定子电流之间的关系，可以得到负载电流表达式，该表达式可以证明双三相永磁同步电机定子电流的6k±1(k＝1,3,5,...)次谐波比较大；接着根据负载电流表达式，提出了一个考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比以及负载角的优化指标，该优化指标可用于构成电流谐波最小脉宽调制方法，在低开关频率工况下，抑制双三相永磁同步电机的电流谐波。
此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括：
参数计算程序单元，用于根据给定的dq轴电流
Figure BDA0002944700780000132
以及转子位置角θr进行电压计算得到指令电压
Figure BDA0002944700780000133
与电压角
Figure BDA0002944700780000134
根据母线电压Udc与指令电压
Figure BDA0002944700780000135
进行调制比计算得到调制比m；根据转子位置角θr、电压角
Figure BDA0002944700780000136
进行负载角计算得到负载角δ*；
角度查表程序单元，用于根据负载角δ*、调制比m以及预设的开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)；
脉冲生成程序单元，用于根据电压角
Figure BDA0002944700780000137
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相输出脉冲，将六相输出脉冲输出至双三相永磁同步电机的逆变器以控制双三相永磁同步电机。
此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括双三相永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器和控制单元，所述双三相永磁同步电机的六相线路分为两组，其中一组三相线路通过第一逆变器与电网相连，另一组通过第二逆变器和与电网相连，所述第一逆变器、第二逆变器的控制端均与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的计算机程序.
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，其特征在于，包括：
1)根据给定的dq轴电流
Figure FDA0003686596590000011
进行电压计算得到指令电压
Figure FDA0003686596590000012
2)根据指令电压
Figure FDA0003686596590000013
以及直流母线电压Udc，计算指令电压角
Figure FDA0003686596590000014
以及调制比m；
3)根据转子位置角θr、指令电压角
Figure FDA0003686596590000015
进行负载角计算得到指令负载角δ*；
4)根据负载角δ*、调制比m以及开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)，根据电压角
Figure FDA0003686596590000016
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相脉冲，将六相脉冲输出至逆变器以控制双三相永磁同步电机；
步骤4)之前还包括建立查找表的步骤：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ1、漏感比ρ2、负载角δ和开关角数量N通过求解条件极值计算不同调制比m下的最优开关角度P(δ*,m,N)，从而得到多组不同求解结果并将得到的求解结果写入查找表；
min:σi
Figure FDA0003686596590000017
Figure FDA0003686596590000018
Figure FDA0003686596590000019
上式中，σi表示考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标，Udc为直流母线电压，凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，U12k-5为12k-5次电压谐波的幅值，U12k-7为12k-7次电压谐波的幅值，U12k+1为12k+1次电压谐波的幅值，U12k-1为12k-1次电压谐波的幅值，k为取值为自然数的系数，δ为负载角，Un为n次电压谐波的幅值，s表示变流器输出初始电压是高电平或低电平且取值为-1或1，n为谐波次数，N为[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角。
2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，其特征在于，步骤1)中进行电压计算的计算函数表达式为：
Figure FDA00036865965900000110
Figure FDA0003686596590000021
Figure FDA0003686596590000022
上式中，
Figure FDA0003686596590000023
为作为指令电压
Figure FDA0003686596590000024
的定子电压矢量，R为定子电阻，
Figure FDA0003686596590000025
为定子电流矢量，
Figure FDA0003686596590000026
是定子磁通矢量，ψd1,ψq1,ψd2和ψq2为双三相永磁同步电机的双dq坐标系下的磁链，id1,iq1,id2和iq2分别为代入给定的dq轴电流
Figure FDA0003686596590000027
的双dq坐标系下的电流，Ldq是电感矩阵，ψf是转子永磁体磁链，Ld1,Lq1,Ld2和Lq2是每组单个三相绕组的电机自感，Md12和Md21是两组绕组d轴之间的互感，Mq12和Mq21是两组绕组q轴之间的互感。
3.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，其特征在于，步骤2)中计算指令电压角
Figure FDA0003686596590000028
是指在得到指令电压
Figure FDA0003686596590000029
的基础上根据
Figure FDA00036865965900000210
计算得到指令电压
Figure FDA00036865965900000211
的1次电压谐波的幅值U1和电压角θu，并将电压角θu作为指令电压角
Figure FDA00036865965900000212
4.根据权利要求3所述的双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，其特征在于，步骤2)中计算调制比m是指根据m＝U1/(2Udc/π)计算得到调制比m，其中U1为指令电压
Figure FDA00036865965900000213
的1次电压谐波的幅值，Udc为直流母线电压。
5.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法，其特征在于，步骤3)包括：判断双三相永磁同步电机的转动方向，若转动方向为正转，则根据δ＝θu-θr+π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*；若转动方向为反转，则根据δ＝θu-θr-π/2计算得到负载角δ作为指令负载角δ*，其中θr为转子位置角，θu为用于代入指令电压角
Figure FDA00036865965900000214
的电压角。
6.一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，其特征在于，包括：
参数计算程序单元，用于根据给定的dq轴电流
Figure FDA00036865965900000215
以及转子位置角θr进行电压计算得到指令电压
Figure FDA00036865965900000216
与电压角
Figure FDA00036865965900000217
根据母线电压Udc与指令电压
Figure FDA00036865965900000218
进行调制比计算得到调制比m；根据转子位置角θr、电压角
Figure FDA00036865965900000219
进行负载角计算得到负载角δ*；
角度查表程序单元，用于根据负载角δ*、调制比m以及预设的开关角次数N从预设的查找表获取对应的最优开关角度P(δ*,m,N)；建立查找表的步骤包括：基于下式所示考虑双三相永磁同步电机特性的电流谐波最小调制模型，通过给定凸极比ρ1、漏感比ρ2、负载角δ和开关角数量N通过求解条件极值计算不同调制比m下的最优开关角度P(δ*,m,N)，从而得到多组不同求解结果并将得到的求解结果写入查找表；
min:σi
Figure FDA0003686596590000031
Figure FDA0003686596590000032
Figure FDA0003686596590000033
上式中，σi表示考虑双三相永磁同步电机凸极比、漏感比和负载角的优化指标，Udc为直流母线电压，凸极比ρ1为q轴电感Lq1与d轴电感Ld1的比值，漏感比ρ2为漏感Laa1与d轴电感Ld1的比值，U12k-5为12k-5次电压谐波的幅值，U12k-7为12k-7次电压谐波的幅值，U12k+1为12k+1次电压谐波的幅值，U12k-1为12k-1次电压谐波的幅值，k为取值为自然数的系数，δ为负载角，Un为n次电压谐波的幅值，s表示变流器输出初始电压是高电平或低电平且取值为-1或1，n为谐波次数，N为[0,π/2]范围内的开关角数量，αi代表第i个开关角；
脉冲生成程序单元，用于根据电压角
Figure FDA0003686596590000034
最优开关角度P(δ*,m,N)以及频率f进行PWM同步脉冲生成六相输出脉冲，将六相输出脉冲输出至双三相永磁同步电机的逆变器以控制双三相永磁同步电机。
7.一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，其特征在于，包括双三相永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器和控制单元，所述双三相永磁同步电机的六相线路分为两组，其中一组三相线路通过第一逆变器与电网相连，另一组通过第二逆变器和与电网相连，所述第一逆变器、第二逆变器的控制端均与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行权利要求1～5中任意一项所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
8.一种双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～5中任意一项所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～5中任意一项所述双三相永磁同步电机电流谐波最小脉宽调制方法的计算机程序。
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