五相逆变器双三相电机驱动电路及系统矢量控制方法与流程

本发明属于电机控制领域，涉及五相逆变器双三相电机驱动电路及系统矢量控制方法。

背景技术：

随着电力、冶金、机电、轻工、交通等领域技术的飞速发展以及电机制造水平的不断提高，多电机系统在这些领域中也得到了广泛的应用。多相电机驱动系统具有低压大功率输出、高功率密度、转矩波动小，适于容错运行等特点，因此多电机驱动系统及其控制方法一直被行业技术发展所关注。其中，五桥臂逆变器驱动双三相电机系统得到深入的研究。

通常所研究的多电机驱动系统中，每台三相电机均由一台三相逆变器独立控制，这是多电机驱动系统中最常用的控制结构，而采用五桥臂逆变器驱动双三相电机系统可以节省两个功率器件，降低系统成本，目前尚无相关技术的记载。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种五相逆变器双三相电机系统矢量控制方法，采用电流滞环控制，实现控制简单、响应快的特点，增强系统可靠性和安全性。

为了实现上述目的，本发明五相逆变器双三相电机驱动电路，包括具有第一逆变器桥臂、第二逆变器桥臂、第三逆变器桥臂、第四逆变器桥臂及第五逆变器桥臂的五桥臂逆变器，所述的五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机；第一逆变器桥臂的中点、第二逆变器桥臂的中点分别与第一星型绕组三相电机的第一相绕组、第二相绕组连接，第四逆变器桥臂的中点、第五逆变器桥臂的中点分别与第二星型绕组三相电机的第一相绕组、第二相绕组连接，第一星型绕组三相电机的第三相绕组与第二星型绕组三相电机的第三相绕组同时与第三逆变器桥臂的中点连接，每个逆变器桥臂都由两个功率开关管串联而成；所述的第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机均连接霍尔元件传感器与电流检测传感器，霍尔元件传感器与电流检测传感器将采集到的信号传输至主控单元解析为电机转子的位置信号θ1、θ2和角速度信号w1、w2，给定角速度信号w1^*、w2^*与实际角速度信号w1、w2经过速度调节模块得到速度误差，速度误差经过pi控制器得到给定电流i1^*、i2^*，给定电流i1^*、i2^*经过参考电流发生器形成电机的参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*；参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*和实际电流ia、ib、ic、id、ie、if经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef，将电流误差ea、eb、ed、ee直接送到滞环控制器，将ec与ef相加再送到滞环控制器，每个支路滞环控制器产生两个信号输入到pwm脉冲产生单元，通过pwm脉冲产生单元实现对两个电机的控制。

所述的五桥臂逆变器采用igbt或mosfet功率开关管。

所述的第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机均采用三相永磁同步电机。

所述第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的电枢绕组之间相位差都是120°。

本发明五相逆变器双三相电机驱动电路的系统矢量控制方法，包括以下步骤：

步骤一、霍尔元件传感器与电流检测传感器采集第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的霍尔信号和三相电流信号并传输至主控单元；

步骤二、主控单元将霍尔信号解析为电机转子的位置信号θ1、θ2和角速度信号w1、w2，并分别送入到参考电流发生器和速度调节模块中；

步骤三、两个电机的给定角速度信号w1^*、w2^*与实际角速度信号w1、w2经过速度调节模块后得到速度误差，速度误差经过pi控制器得到给定电流i1^*、i2^*，给定电流i1^*、i2^*经过参考电流发生器形成三相电机的参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*；

步骤四、参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*和实际电流ia、ib、ic、id、ie、if经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef，计算方法如下：

步骤五：将电流误差送到滞环控制器，其中将电流误差ea、eb、ed、ee直接送到滞环控制器，将ec与ef相加再送到滞环控制器，计算方法如下：

式中，s1、s2、s3、s4、s5为滞环控制器的输入信号；

步骤六、将s1、s2、s3、s4、s5依次送入滞环控制器后，根据公式：

每个支路滞环控制器产生两个信号输入到pwm脉冲产生单元，通过pwm脉冲产生单元实现对第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的控制。

所述第一星型绕组三相电机与第二星型绕组三相电机的电枢绕组之间相位差都是120°；

对于第一星型绕组三相电机的支路，得到的参考电流分别是：

式中，i1^*为第一星型绕组三相电机的总输入电流；ia^*、ib^*、ic^*为第一星型绕组三相电机各绕组的相电流；

对于第二星型绕组三相电机(m2)的支路，得到的参考电流分别是：

式中，i2^*为第二星型绕组三相电机的总输入电流；id^*、ie^*、if^*为第二星型绕组三相电机各绕组的相电流。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：第一逆变器桥臂的中点、第二逆变器桥臂的中点分别与第一星型绕组三相电机的第一相绕组与第二相绕组连接，第四逆变器桥臂的中点、第五逆变器桥臂的中点分别与第二星型绕组三相电机的第一相绕组与第二相绕组连接，第一星型绕组三相电机的第三相绕组与第二星型绕组三相电机的第三相绕组同时与第三逆变器桥臂的中点连接，采用电流滞环控制方式，首先获得各相电流误差，然后将各独立桥臂所连接相绕组中的相电流误差分别送入滞环控制器中，将公共桥臂所连接的两相绕组中相电流之和送入滞环比较器中，产生的信号经过pwm产生单元，最后利用pwm产生单元来实现对两个电机的控制。本发明适用于各种五相逆变器双三相电机系统，实现简单，适用范围广。

附图说明

图1本发明五相逆变器双三相电机驱动电路的结构示意图；

图2本发明电流滞环跟踪控制电流波形示意图；

图3本发明具有电流滞环的a相控制原理图；

图4本发明系统矢量控制方法的流程示意图；

图5本发明五相逆变器双三相电机系统控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明五相逆变器双三相电机驱动电路包括具有第一逆变器桥臂l1、第二逆变器桥臂l2、第三逆变器桥臂l3、第四逆变器桥臂l4及第五逆变器桥臂l5的五桥臂逆变器，五桥臂逆变器连接第一星型绕组三相电机m1与第二星型绕组三相电机m2。第一逆变器桥臂l1的中点、第二逆变器桥臂l2的中点分别与第一星型绕组三相电机m1的第一相绕组a、第二相绕组b连接，第四逆变器桥臂l4的中点、第五逆变器桥臂l5的中点分别与第二星型绕组三相电机m2的第一相绕组e、第二相绕组d连接，第一星型绕组三相电机m1的第三相绕组c与第二星型绕组三相电机m2的第三相绕组f同时与第三逆变器桥臂l3的中点连接，第一逆变器桥臂l1、第二逆变器桥臂l2、第四逆变器桥臂l4、第五逆变器桥臂l5为独立桥臂，第三逆变器桥臂l3为公共桥臂，每个逆变器桥臂由两个功率开关管串联而成。

第一逆变器桥臂l1由第一功率开关管t1和第二功率开关管t2组成；第二逆变器桥臂l2由第三功率开关管t3和第四功率开关管t4组成；第三逆变器桥臂l3由第五功率开关管t5和第六功率开关管t6组成；第四逆变器桥臂l4由第七功率开关管t7和第八功率开关管t8组成；第五逆变器桥臂l5由第九功率开关管t9和第十功率开关管t10组成。

本发明按照以下方法获得参考电流：第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2的给定角速度信号w1^*、w2^*与实际角速度信号w1、w2经过速度调节模块后得到速度误差，第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2速度误差经过pi控制器得到第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2的给定电流i1^*、i2^*。第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2的给定电流i1^*、i2^*经过参考电流发生器得到第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2的参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*。

然后，参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*和实际电流ia、ib、ic、id、ie、if经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef，将电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef送入到滞环控制器中。其中电流误差ea、eb、ed、ee直接作为滞环控制器的输入信号s1、s2、s4、s5，电流误差之和ec+ef作为输入信号s3，将s1、s2、s3、s4、s5输入到滞环控制器中，产生的信号输入到pwm产生单元，最后，利用pwm产生单元来实现对第一星型绕组三相电机m1、第二星型绕组三相电机m2的控制。

参见图2-5，具体步骤如下：

步骤一：系统进行初始化，速度传感器和电流传感器分别将双电机的霍尔信号和三相电流信号采集到主控单元中；

步骤二：主控单元将霍尔信号解析为电机转子的位置信号θ1、θ2和角速度信号w1、w2分别送入到参考电流发生器和速度调节模块中；

步骤三：两个电机m1、m2的给定转速w1^*、w2^*与实际转速w1、w2经过速度调节模块后得到速度误差，速度误差经过pi控制器得到给定电流i1^*、i2^*。给定电流i1^*、i2^*经过参考电流发生器形成三相永磁同步电机的参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*。

两个永磁同步电机各自的三电枢绕组之间的相位之差都是120°。

对于第一星型绕组三相电机m1的支路，得到的参考电流分别是：

式中，i1^*为第一星型绕组三相电机m1的总输入电流；ia^*、ib^*、ic^*为第一星型绕组三相电机m1各绕组的相电流；

对于第二星型绕组三相电机m2的支路，得到的参考电流分别是：

式中，i2^*为第二星型绕组三相电机m2的总输入电流；id^*、ie^*、if^*为第二星型绕组三相电机m2各绕组的相电流。

步骤四：参考电流ia^*、ib^*、ic^*、id^*、ie^*、if^*和实际电流ia、ib、ic、id、ie、if经过电流调节模块后得到电流误差ea、eb、ec、ed、ee、ef。计算方法如下：

步骤五：将电流误差送到滞环控制器。其中将电流误差ea、eb、ed、ee直接送到滞环控制器，将ec与ef相加再送到滞环控制器。如下：

式中，s1、s2、s3、s4、s5为滞环控制器的输入信号。

步骤六：s1、s2、s3、s4、s5依次送入滞环控制器后，根据公式：

每个支路滞环控制器产生两个信号输入到pwm脉冲产生单元，通过pwm脉冲产生单元实现对第一星型绕组三相电机m1与第二星型绕组三相电机m2的控制。