本发明涉及电机控制技术领域，特别是一种无电解电容双电机逆变器的起动控制系统及方法。
背景技术：
随着电机设计、电机制造水平及材料性能大幅提升，同时伴随着电力电子技术的高速发展，基于矢量控制技术的电机逆变器系统以其高功率密度、高可靠性及低成本等优点广泛应用于电动汽车、数控机床、机器人、变频空调等领域。传统逆变器前级为工频交流输入的不可控整流器，母线用大容值电解电容稳定母线电压，电解电容体积大、寿命有限，这极大限制了系统的小型化和使用寿命。另一方面，母线上大容值电解电容滤波导致电网侧产生严重的谐波污染，近年来在我国和欧洲等国家/地区，对于逆变器产生的电源高次谐波的限制标准越来越严格，例如我国的3C认证规定对每相电流小于16A的家用空调系统，各次电流谐波限值必须满足IEC6100-3-2的A类标准。为改善网侧电流质量，大电解电容的逆变器系统需要增加功率因数校正(PFC)电路，这又增加了系统的损耗和成本。为了解决上述问题，日本长冈科技大学Kazuya Inazuma,Hiroaki Utsugi,Kiyoshi Ohishi等人在《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》(VOL.60,NO.10,OCTOBER 2013,p4427～4437)杂志上提出了一种无电解电容逆变器拓扑结构及其控制方法(High-Power-Factor Single-Phase Diode Rectifier Driven by Repetitively Controlled IPM Motor)，用容值只有几十微法的薄膜电容取代传统逆变器中的大容值电解电容，通过控制电机的瞬时功率与交流输入电压的形状匹配，不但可以实现电机的调速，而且可以减少输入电流的谐波，从而实现电机驱动器的高功率因素。
无电解电容驱动系统中由于直流母线电压跌落严重，电机的起动问题是一个值得深入研究的问题，关于无电解电容驱动系统中双电机的起动问题，现有技术中还没有进行过相关报导和专利申请。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决现有技术问题的不足，提供一种无电解电容双电机逆变器的起动控制系统及方法，通过配置两个电机具有不同的功率等级，设置两个电机分时起动并且采用不同的起动控制策略，这样可以保证两个电机都具有足够的起动力矩而顺利起动。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种无电解电容双电机逆变器的起动控制系统，包括交流输入电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、第一功率模块、第一电机、第二功率模块、第二电机，所述交流输入电源AC与串联电感L后与不控整流桥BR的输入端连接，不控整流桥BR的输出端分别与薄膜电容C、第一功率模块的输入端和第二功率模块的输入端连接，所述薄膜电容C、第一功率模块和第二功率模块并联，所述第一功率模块的输出端与第一电机连接用于驱动第一电机，第二功率模块的输出端与第二电机连接用于驱动第二电机，所述第一电机的功率大于第二电机的功率，且所述薄膜电容C的容值小于50微法。
进一步地，所述第一电机的功率是第二电机的10-100倍。
另外，本发明还提供了一种无电解电容双电机逆变器的起动控制方法，首先通过第二功率模块启动第二电机，再通过第一功率模块启动第一电机，具体步骤如下：
S1、先启动第二电机：
S11：首先通过电流采集传感器采样测量第二电机的定子相电流，并通过计算获得第三相定子电流；
S12：再通过位置传感器检测第二电机的转子位置角，对转子位置角微分得到第二电机的机械转速；
S13：将第二电机的转子位置角通过PARK变换及其逆变换进行计算，将第二电机的定子相电流经过CLARK变换和PARK变换得到第二电机的定子电流的d轴分量和q轴分量；
S14：速度环采用PI调节控制，给定转速作为速度环输入，将第二电机的机械转速作为速度环反馈，速度环的输出作为第二电机的定子电流，然后通过转矩角分别计算出第二电机的定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量；
S15：电流环采用PI调节控制，所述第二电机的定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量作为电流环的输入量，上述步骤S13中计算得到的第二电机的定子电流的d轴分量和q轴分量作为电流环的反馈，电流环的输出作为d、q坐标系的电压分量；
S16：根据第二电机的转子位置角通过PARK逆变换计算出α、β直角坐标系的电压分量；
S17：所述电压分量通过SVPWM计算单元计算出第二功率模块中六个IGBT功率管导通的占空比，产生相应的6路PWM信号；
S18：第二功率模块按6路PWM信号提供的逻辑驱动第二电机；
S2、后启动第一电机：
S21：通过电流采集传感器采样测量第一电机的定子相电流，并通过计算获得第一电机的第三相定子电流；
S22：通过位置传感器检测第一电机的转子位置角，对第一电机的转子位置角微分得到第一电机的机械转速；
S23：将第一电机的转子位置角提供给Park变换及其逆变换进行计算，将第一电机的定子相电流经过进行CLARK变换和PARK变换得到第一电机的定子电流的d轴分量和q轴分量；
S24：计算出第一电机的定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量；
S25：电流环采用PI调节控制，所述第一电机的定定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量作为电流环的输入量，上述步骤S23中计算得到的第一电机的定子电流的d轴分量和q轴分量作为电流环的反馈，电流环的输出作为d、q坐标系的电压分量；
S26：根据第一电机的转子位置角通过PARK逆变换计算出α、β直角坐标系的电压分量；
S27：所述电压分量通过SVPWM计算单元计算出第一功率模块中六个IGBT功率管导通的占空比，产生相应的6路PWM信号；
S28：第一功率模块按6路PWM信号提供的逻辑驱动第一电机。
更进一步地，所述步骤S24包括如下步骤：
S241：测量电源角频率，然后根据当前的时刻t计算sin2ωst；
S242：将第一电机的给定转速与第一电机转速的偏差进行PI控制的结果与sin2ωst相乘得到输入功率指令；
S243：按公式：Pc＝1/2*ωsCdcVdc2sin(2ωst)计算薄膜电容C的输入功率，其中为电源角频率，为薄膜电容的容值，为薄膜电容两端的电压；
S244：输入功率指令减去薄膜电容输入功率作为无电解电容双电机逆变器的起动控制系统的输出功率指令；
S245：按公式：Pinv＝Vdid+Vqiq计算无电解电容双电机逆变器的起动控制系统的输出功率，其中分别为d、q坐标系的电压分量，分别为d、q轴电流分量；
S246：将第一电机的给定转速与第一电机转速的偏差进行PI控制的结果作为第一电机的定子电流的q轴电流参考量；
S247：将在第一电机的给定的负荷与机械转速下的第一电机的定子电流的d轴电流参考量设置成一个定值，当第一电机的给定的负荷与机械转速变化时第一电机的定子电流的d轴电流参考量随之发生改变。
与现有技术相比，对于无电解电容逆变器，母线上的薄膜电容只有几十微法，当两个电机同时处于稳态运行状态时母线电压跌落非常严重，为了确保两个电机都能够顺利起动，本发明所涉及的两个电机的功率等级是不相同的，先起动的第二电机的功率小，后起动的第一电机的功率大，第一电机的功率是第二电机的几倍甚至几十倍，两个电机起动时q轴电流参考量采用不同的计算方案，目的减小第二电机起动所造成的母线电压跌落，给第一电机的起动提供足够大的起动力矩，这样可以保证两个电机都具有足够的起动力矩而顺利起动。
附图说明
图1为本发明无电解电容双电机逆变器的起动控制系统的电路结构。
图2为本发明无电解电容双电机逆变器的起动控制系统中第二电机采用的矢量控制流程图。
图3为本发明无电解电容双电机逆变器的起动控制系统中第一电机采用的矢量控制流程图。
图4为本发明无电解电容双电机逆变器的起动控制系统中第二电机的速度波形。
图5为本发明无电解电容双电机逆变器的起动控制系统中第一电机的速度波形。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的一种无电解电容双电机逆变器的起动控制系统，包括交流输入电源AC、电感L、不控整流桥BR、薄膜电容C、第一功率模块、第一电机、第二功率模块、第二电机，第一电机的功率是第二电机的10-100倍，所述交流输入电源AC与串联电感L后与不控整流桥BR的输入端连接，不控整流桥BR的输出端分别与薄膜电容C、第一功率模块的输入端和第二功率模块的输入端连接，所述薄膜电容C、第一功率模块和第二功率模块并联，所述第一功率模块的输出端与第一电机连接用于驱动第一电机，第二功率模块的输出端与第二电机连接用于驱动第二电机，所述第一电机的功率大于第二电机的功率，且所述薄膜电容C的容值小于50微法。
如图2、图3所示，本发明的一种无电解电容双电机逆变器的起动控制方法，首先通过第二功率模块启动第二电机，再通过第一功率模块启动第一电机，具体步骤如下：
S1、先启动第二电机：
S11：首先通过电流采集传感器采样测量第二电机的定子相电流iu、iv、iw，并通过计算获得第三相定子电流；
S12：再通过位置传感器检测第二电机的转子位置角θ，对转子位置角微分得到第二电机的机械转速ωr；
S13：将第二电机的转子位置角通过PARK变换及其逆变换进行计算，将第二电机的定子相电流经过CLARK变换和PARK变换得到第二电机的定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；
S14：速度环采用PI调节控制，给定转速作为速度环输入，将第二电机的机械转速ωr作为速度环反馈，速度环的输出作为第二电机的定子电流is，然后通过转矩角分别计算出第二电机的定子电流的d轴电流参考量id和q轴电流参考量iq；
S15：电流环采用PI调节控制，所述第二电机的定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量作为电流环的输入量，上述步骤S13中计算得到的第二电机的定子电流的d轴分量和q轴分量作为电流环的反馈，电流环的输出作为d、q坐标系的电压分量分别为Vd、Vq；
S16：根据第二电机的转子位置角通过PARK逆变换计算出α、β直角坐标系的电压分量Vα、Vβ；
S17：所述电压分量通过SVPWM计算单元计算出第二功率模块中六个IGBT功率管导通的占空比，产生相应的6路PWM信号；
S18：第二功率模块按6路PWM信号提供的逻辑驱动第二电机；
S2、后启动第一电机：
S21：通过电流采集传感器采样测量第一电机的定子相电流iu、iv、iw，并通过计算获得第一电机的第三相定子电流；
S22：通过位置传感器检测第一电机的转子位置角θ，对第一电机的转子位置角微分得到第一电机的机械转速ωr；
S23：将第一电机的转子位置角提供给Park变换及其逆变换进行计算，将第一电机的定子相电流经过进行CLARK变换和PARK变换得到第一电机的定子电流的d轴分量id和q轴分量iq；
S24：计算出第一电机的定子电流的d轴电流参考量id和q轴电流参考量iq；
S241：测量电源角频率ωs，然后根据当前的时刻t计算sin2ωst；
S242：将第一电机的给定转速与第一电机转速的偏差进行PI控制的结果与sin2ωst相乘得到输入功率指令Pin；
S243：按公式：Pc＝1/2*ωsCdcVdc2sin(2ωst)计算薄膜电容C的输入功率Pc，其中为电源角频率，为薄膜电容的容值，为薄膜电容两端的电压；
S244：输入功率指令Pin减去薄膜电容输入功率Pc作为无电解电容双电机逆变器的起动控制系统的输出功率指令Pinv；
S245：按公式：Pinv＝Vdid+Vqiq计算无电解电容双电机逆变器的起动控制系统的输出功率Pinv，其中分别为d、q坐标系的电压分量，分别为d、q轴电流分量；
S246：将第一电机的给定转速与第一电机转速的偏差进行PI控制的结果作为第一电机的定子电流的q轴电流参考量iq；
S247：将在第一电机的给定的负荷与机械转速下的第一电机的定子电流的d轴电流参考量id设置成一个定值，当第一电机的给定的负荷与机械转速变化时第一电机的定子电流的d轴电流参考量随之发生改变；
S25：电流环采用PI调节控制，所述第一电机的定定子电流的d轴电流参考量和q轴电流参考量作为电流环的输入量，上述步骤S23中计算得到的第一电机的定子电流的d轴分量和q轴分量作为电流环的反馈，电流环的输出作为d、q坐标系的电压分量Vd、Vq；
S26：根据第一电机的转子位置角通过PARK逆变换计算出α、β直角坐标系的电压分量Vα、Vβ；
S27：所述电压分量通过SVPWM计算单元计算出第一功率模块中六个IGBT功率管导通的占空比，产生相应的6路PWM信号；
S28：第一功率模块按6路PWM信号提供的逻辑驱动第一电机。
作为本发明的一个具体的可实施例，将本发明的一种无电解电容双电机逆变器的起动控制方法应用于一款分体家用变频空调的室外控制系统，空调的额定制冷量为3500W，对应于图1双电机逆变器的电路结构，第一电机为空调压缩机电机，第二电机为空调室内风扇电机，图1中交流输入电源AC为220V/50Hz的交流电，所采用的电感L大小为5mH，薄膜电容C的容值为20μF，本实施例空调压缩机电机(第一电机)的参数如下：额定直流电压310V；额定功率1200W；调速范围600-12000rpm；极对数为；定子电阻；定子直轴电感；定子交轴电感；反电势系数，室内风扇电机(第二电机)的参数如下：额定直流电压310V；额定功率62W；调速范围500-1500rpm；极对数为4；定子电阻；定子直轴电感；定子交轴电感；反电势系数。为了验证具体的可实施例所述起动控制方法的有效性，在MATLAB平台上对空调压缩机电机(第一电机)和室内风扇电机(第二电机)的启动过程进行了仿真对比分析，其中空调压缩机电机(第一电机)的启动负载转矩设为1.0Nm，速度设定1800rpm，室内风扇电机(第二电机)的启动负载转矩设为0.2Nm，速度设定1000rpm。采用本发明所述的无电解电容双电机逆变器的起动控制方法，空调压缩机电机(第一电机)和室内风扇电机(第二电机)分时起动，室内风扇电机(第二电机)先起动，空调压缩机电机(第一电机)后起动，室内风扇电机(第二电机)的转速波形如图4所示，从图4中可以看出室内风扇电机(第二电机)稳定运行速度为1000rpm，空调压缩机电机(第一电机)转速波形如图5所示，从图5中可以看出空调压缩机电机(第一电机)稳定运行速度为1800rpm，说明本发明是可行的。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。