一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法
【专利摘要】本发明涉及驱动电机的功率变换器控制领域，涉及一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法：(1)将两台电机的三相定子电流分别经abc/dq坐标变换为两相旋转坐标系下的dq轴电流分量；(2)转速环和电流环采用PI控制器；(3)利用直流母线电压、两相静止坐标系下的电压参考值，通过空间矢量脉宽调制，产生两电机所需驱动信号的占空比参考值；(4)在每个采样周期内进行占空比的优化和调制。本发明保证公共桥臂能够在调制周期内同时控制两台电机，解决两电机控制的解耦问题，同时有效减少两电机受零电压矢量控制的时间，提高直流母线电压的利用率，扩展系统的调速范围。
【专利说明】—种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法
所属【技术领域】
[0001]本发明涉及驱动电机的功率变换器控制领域，特别涉及五桥臂逆变器驱动两电机系统的调制方法。
【背景技术】
[0002]近年来随着经济转型和产业升级，轨道交通、造纸、纺织、冶金等工业生产中亟需多电机高性能协调控制技术，多电机驱动及控制技术也成为科研界研究的热点。
[0003]目前对于两台三相电机，通常需要双电压源逆变器对其进行控制，其调制策略一般采用空间矢量脉宽调制。随着现代电力电子技术在多相电压源逆变器上的发展，为多电机的驱动开辟了新的途径。其中五桥臂电压源逆变器(FL-VSI)自提出以来，得到了众多学者的关注，并已被尝试用于两电机的控制系统中。与传统双电压源逆变器，即六桥臂电压源逆变器相比，五桥臂电压源逆变器减少了一个桥臂，故两台电机需公用一个桥臂，该公共桥臂需满足在调制周期内同时控制两电机的要求。因此，五桥臂电压源逆变器的调制方法是实现对两电机独立控制的关键所在。
[0004]为了避免两电机同时控制时公共桥臂开关器件的开关状态不同而引起的冲突，有学者提出了半周期控制法，即把五桥臂电压源逆变器的一个控制周期划分为两个半周期，在每个半周期内分别独立地控制一台电机，另一台电机则由零电压矢量控制。该方法有效地将一个控制周期内对两台电机的同时控制转化为两个半周期内对两台电机分时的独立控制，实现了两电机速度和位置的精确控制，但由于零矢量作用时间变长，使得两电机对直流母线电压的利用率偏低，调速范围有限。故长期以来许多学者致力于如何提高两电机对直流母线电压利用率方面的研究，有学者采用载波调制技术和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术来调制两电机的相电压和各相驱动信号的占空比，再将所得占空比进行数学运算来驱动五桥臂两电机系统。该调制方式提高了两电机对直流母线电压的利用率，但电机启动时占空比会超出[0，1]的范围。也有学者采用模型预测控制方法，系统地选择五桥臂逆变器的每个桥臂的有效电压矢量，简化了调制方式，提高了直流母线电压的利用率，但在一定程度上削弱了控制系统的控制精度。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于解决五桥臂逆变器驱动两电机系统中存在的电压利用率及调速范围等问题，提出一种电压源逆变器的占空比优化调制方法，保证公共桥臂能够在调制周期内同时控制两台电机，解决两电机控制的解耦问题，同时有效减少两电机受零电压矢量控制的时间，提高直流母线电压的利用率，扩展系统的调速范围。
[0006]一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法，五桥臂电压源逆变器与两个电机的连接方式为，第一电机的定子al、bl相与逆变器的A、B桥臂相连，第二电机的定子a2、b2相与逆变器的E、D桥臂相连，逆变器的C桥臂作为公共桥臂，分别与两电机的定子C相相连，所述的方法为:[0007](I)设第一电机的三相定子电流分别为IalUblUcl，转速及转子位置角分别为《工、Q1，第二电机的三相定子电流分别为ia2、ib2、ie2，转速及转子位置角分别为ω2、θ2，五桥臂直流母线电压为Ud。，将两台电机的三相定子电流分别经abc/dq坐标变换为两相旋转坐标系下的dq轴电流分量；
[0008](2)设d轴的参考电流4 = O ,转速环采用PI控制器，输出第一电机q轴电流给定值iqi_ref和第二电机Q轴电流给定值?f ；电流环米用PI控制器，输出第一电机的d轴和q轴电压参考值Udl Mf、uql μ以及第二电机的d轴和q轴电压参考值Ud2 μ、uq2 Mf，经dq/ α β坐标变换为两相静止坐标系下的第一电机的电压参考值Ual Mf、U01ref和第二电机的电压
参考值 U a 2—ref、U β 2—ref ?
[0009](3)利用直流母线电压、两相静止坐标系下的电压参考值，通过空间矢量脉宽调制，产生第一电机所需驱动信号的占空比参考值3al，δ bl, δ &和第一电机所需驱动信号的占空比参考值Sa2, δ b2, δ c2 ；
[0010](4)设δ A、δ B、δ c、δ D、δ ￡为五桥臂逆变器驱动信号优化后的占空比，Up<u)
分别为作用于第一电机和第二电机的零矢量(1，1，1)的占空比，在每个采样周期内进行占空比的优化和调制，步骤如下:
[0011](a)计算两电机c相各自的占空比δε1、δ。2及两电机占空比之差πι=δ
m=0,则令 δ Α= δ al，δΒ=δω，δ c= δ cl, δ ?= δ b2, δ Ε= δ a2，转入第(f)步；若 m>0,则转入第
(b)步；若111〈0,则转入第(d)步；
[0012](b)计算两电机总占空比可调节的最大额度Δ，若名.,.,< m <A,则令
【权利要求】
1.一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法，五桥臂电压源逆变器与两个电机的连接方式为，第一电机的定子al、bl相与逆变器的A、B桥臂相连，第二电机的定子a2、b2相与逆变器的E、D桥臂相连，逆变器的C桥臂作为公共桥臂，分别与两电机的定子C相相连，所述的方法为: (1)设第一电机的三相定子电流分别为，转速及转子位置角分别为ωρθ17第二电机的三相定子电流分别为ia2、ib2、ie2，转速及转子位置角分别为ω2、θ2，五桥臂直流母线电压为Ud。，将两台电机的三相定子电流分别经abc/dq坐标变换为两相旋转坐标系下的dq轴电流分量；(2)设d轴的参考电流=0，转速环采用PI控制器，输出第一电机q轴电流给定值iql—和第二电机q轴电流给定值μ ;电流环米用PI控制器，输出第一电机的d轴和q轴电压参考值udl—Mf、Uql ref以及第二电机的d轴和q轴电压参考值ud2—raf、Uq2 ref,经dq/ α β坐标变换为两相静止坐标系下的第一电机的电压参考值Ual Mf、U01 ref和第二电机的电压参考值 U a 2—ref、U β 2—ref ? (3)利用直流母线电压、两相静止坐标系下的电压参考值，通过空间矢量脉宽调制，产生第一电机所需驱动信号的占空比参考值δ al，δ bl, δ u和第一电机所需驱动信号的占空比参考值δ a2, 5b2, δ c2 ； (4)设δΑ、δΒ、δ。、δΒ、δΕ*五桥臂逆变器驱动信号优化后的占空比，.,分别为作用于第一电机和第二电机的零矢量(1，1，1)的占空比，在每个采样周期内进行占空比的优化和调制，步骤如下: (a)计算两电机c相各自的占空比δε1、δ。2及两电机占空比之差m=δ el-δ。2，若m=0,则令 δ A= 5 al，5 B= 5 bl，5 C= δ Cl，5 D= δ b2，5 E= δ a2，转入第(f)步;若111>0，则转入第(b)步；若m〈0,则转入第(d)步； (b)计算两电机总占空比可调节的最大额度Λ，若C1,m <Δ,则令Sa =4r(m- ^ l li ), δΒ =Shl-(m-c>^mh f>c =(%r(m-cfux,).Sa=Sk2+0,]ΛΛ}.4 =4:+(?,,".转入第(f)步；若"巴* 则令 δ A= 5 al? δ B= δ bl，5 C= 5 Cl，5 D= 5 b2+ffl，5 E= 5 a2+ffl，转入第(f)步；若m> Δ，则转入第(C)步； (C)计算三相占空比在可调范围内的最大值δ _和两电机C相占空比之差的最小值Hl1,若满足smax+mi ( 1，则令=<5al'" 5β =f%1-S^hn.<?D =f%2+d;"u.l;十層 I, =<Sa2+07m,转入第(f)步；若 Smax+mAl，则令 δΑ=δ3?，δΒ=δω，5 C= 5 Cl? H 5 E= 5 Cl，转入第⑴步； (d)计算两电机总占空比可调节最大额度A=K丨,’若42 <-爾弘则令
)’ ?'β =J|,[+(-m-d'(]ir,).Sv ).1p =ih2~^ 4 =4a-<%j.r,' 转入第(f)步；若-wMkn，则令 δ A= δ al，δΒ=δΜ，δ c= δ cl, δ D= δ b2+m, δ Ε= δ a2+m,转入第(f)步;若-m> △，则转入第(e)步； (e)计算二相占空比在可调范围内的最小值δmin和两电机c相占空比之差的最小值m2，若满足Smin-m2≥0则令
【文档编号】H02P5/74GK103595310SQ201310591451
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】史婷娜, 张必军, 夏长亮 申请人:天津大学