一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法及控制系统

本发明涉及电机控制技术，特别是涉及一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法及控制系统。

背景技术：

1、在电机驱动系统中引入高阶输出滤波器，可改善驱动器输出电压品质、降低电机电流谐波含量。但是引入的输出滤波器使系统的阶数变高，系统可能出现谐振而失稳。现有的解决谐振问题的方法主要有无源阻尼和有源阻尼方法，无源阻尼使用无源器件搭建阻尼网络，不可避免的增加了功率损耗。有源阻尼则是利用电机驱动器自身实现谐振阻尼，不需要额外的无源器件，也不会产生额外的功率损耗，因此有源阻尼技术成为主流。但是，现有的有源阻尼方法均存在一定的谐振频率范围限制。目前，有源阻尼方法在谐振频率超过二分之一采样频率时无法有效阻尼。这使得传统的滤波器应用在电机驱动系统时，不得不将谐振频率设计得较低，导致滤波器尺寸较大。如何实现更宽谐振频率范围的阻尼控制是目前研究中的重点内容。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有电机滤波器谐振频率范围小、滤波器体积大的问题，本发明提供了一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法及控制系统，旨在克服现有技术的缺陷，实现更宽谐振频率范围的阻尼控制，从而减小输出滤波器的体积。

2、技术方案：本发明的一种电机滤波器主动阻尼系统，包括电机驱动器、主动阻尼装置、lcl输出滤波器和电机，电机驱动器通过lcl输出滤波器与电机连接，主动阻尼装置与lcl输出滤波器连接，主动阻尼装置包括三相全桥变换器，以及与三相全桥变换器并联的主动阻尼装置母线电容，三相全桥变换器的各相桥臂中点分别通过滤波器电容与lcl滤波器各相连接。

3、基于相同的发明构思，本发明的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，包括以下步骤：

4、采样主动阻尼装置母线电容电压、输出滤波器电容电流、电机电流，并获取电机转子位置；

5、进行模拟电阻控制：将电机电流进行低通滤波处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第一部分；

6、进行模拟电容控制：将输出滤波器电容电流进行积分处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第二部分；

7、根据主动阻尼装置母线电容给定电压和测量电压的差值，运算得到阻尼控制器输出电压第三部分；

8、根据阻尼控制器输出电压的第一部分、第二部分和第三部分，更新pwm占空比，进而控制主动阻尼装置。

9、进一步的，模拟电阻控制具体为：

10、将电机电流经坐标变换运算得到电机电流d轴分量和q轴分量，对电机电流d轴分量进行低通滤波处理，计算输入的电机电流d轴分量与低通滤波处理后的电机电流d轴分量的差值，对差值进行比例控制，得到阻尼控制器d轴输出电压的第一部分；

11、对电机电流q轴分量进行低通滤波处理，计算输入的电机电流q轴分量与低通滤波处理后的电机电流q轴分量的差值，对差值进行比例控制，得到阻尼控制器q轴输出电压的第一部分。

12、进一步的，模拟电容控制具体为：

13、将输出滤波器电容电流经过坐标变换运算得到输出滤波器电容电流d轴分量和q轴分量，对输出滤波器电容电流d轴分量和q轴分量进行积分处理和比例控制后，得到阻尼控制器d轴输出电压的第二部分和q轴输出电压的第二部分。

14、进一步的，进行模拟电阻控制后，带lcl输出滤波器的永磁电机的传递函数gdr为：

15、

16、其中，kr为模拟电阻控制器增益系数，c为输出滤波器电容，l1为输出滤波器的逆变器侧电感，l2＝l1o+ls，l1o为输出滤波器的电机侧电感，ls为电机绕组电感，s为拉普拉斯算子。

17、进一步的，gdr在谐振角频率处的幅值增益gm_dr(jωres)为：

18、

19、按照下式选择kr的值，能够有效阻尼系统谐振；

20、

21、其中，ωres为无阻尼模型的谐振角频率。

22、进一步的，进行模拟电阻控制和模拟电容控制后，带lcl输出滤波器的永磁电机的传递函数gdrc为：

23、

24、其中，kr为模拟电阻控制器增益系数，kc为模拟电容控制器增益系数，c为滤波器电容，l1为滤波器的逆变器侧电感，l2＝l1o+ls，l1o为滤波器的电机侧电感，ls为电机绕组电感，s为拉普拉斯算子。

25、进一步的，gdrc谐振角频率ωres_drc表达式为：

26、

27、其中，kc设置在0-1之间，用于改变谐振角频率，等效为改变lcl输出滤波器电容c的电容值；若kc大于零，则等效为增大lcl输出滤波器电容c的电容值，进一步减小lcl输出滤波器电容的体积。

28、基于相同的发明构思，本发明的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制系统，包括：

29、数据采集单元，用于采样主动阻尼装置母线电容电压、输出滤波器电容电流、电机电流，并获取电机转子位置；

30、模拟电阻控制器，用于进行模拟电阻控制：将电机电流进行低通滤波处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第一部分；

31、模拟电容控制器，用于进行模拟电容控制：将输出滤波器电容电流进行积分处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第二部分；

32、母线电容电压控制器，用于根据主动阻尼装置母线电容给定电压和测量电压的差值，运算得到阻尼控制器输出电压第三部分；

33、pwm控制器，用于根据阻尼控制器输出电压的第一部分、第二部分和第三部分，更新pwm占空比，进而控制主动阻尼装置。

34、基于相同的发明构思，本发明的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制设备，所述设备包括：

35、存储有可执行程序代码的存储器；

36、与所述存储器耦合的处理器；

37、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如上述的电机滤波器主动阻尼装置的控制方法的步骤。

38、基于相同的发明构思，本发明的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如上述的电机滤波器主动阻尼装置的控制方法的步骤。

39、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

40、(1)本发明采用模拟电阻控制器阻尼谐振，可有效阻尼的谐振频率范围更宽，可将最高可阻尼谐振频率从二分之一电机驱动器采样频率提高到2倍电机驱动器采样频率以上，使输出滤波器的参数设计自由度提高，从而减小输出滤波器的体积。

41、(2)设计了模拟电容控制器，可增大输出滤波器电容c的等效电容值，进一步减小输出滤波器电容的体积。

42、(3)母线电容电压控制器用于调整阻尼控制器的母线电容电压，阻尼控制器不需额外电源供电。

技术特征：

1.一种电机滤波器主动阻尼系统，其特征在于，包括电机驱动器、主动阻尼装置、lcl输出滤波器和电机，电机驱动器通过lcl输出滤波器与电机连接，主动阻尼装置与lcl输出滤波器连接，主动阻尼装置包括三相全桥变换器，以及与三相全桥变换器并联的主动阻尼装置母线电容，三相全桥变换器的各相桥臂中点分别通过滤波器电容与lcl滤波器各相连接。

2.一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，模拟电阻控制具体为：

4.根据权利要求2所述的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，模拟电容控制具体为：

5.根据权利要求2所述的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，进行模拟电阻控制后，带lcl输出滤波器的永磁电机的传递函数gdr为：

6.根据权利要求2所述的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，进行模拟电阻控制和模拟电容控制后，带lcl输出滤波器的永磁电机的传递函数gdrc为：

7.根据权利要求6所述的一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法，其特征在于，gdrc谐振角频率ωres_drc表达式为：

8.一种电机滤波器主动阻尼装置的控制系统，其特征在于，包括：

9.一种电机滤波器主动阻尼装置的控制设备，其特征在于，所述设备包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求2-7任一项所述的电机滤波器主动阻尼装置的控制方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种电机滤波器主动阻尼装置的控制方法及控制系统，方法包括：采样主动阻尼装置母线电容电压、输出滤波器电容电流、电机电流，并获取电机转子位置；进行模拟电阻控制，将电机电流进行低通滤波处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第一部分；进行模拟电容控制，将输出滤波器电容电流进行积分处理和比例控制后，得到阻尼控制器输出电压的第二部分；根据主动阻尼装置母线电容给定电压和测量电压运算得到阻尼控制器输出电压第三部分；根据阻尼控制器各部分输出电压更新PWM占空比，进而控制主动阻尼装置。本发明公开的主动阻尼装置的控制方法可实现更宽谐振频率的谐振阻尼，可减小电机滤波器的体积和重量。

技术研发人员：黄允凯,周佳新,姚宇,彭飞
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1