一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法，利用空间矢量概念以及时间相量与空间矢量的相位关系，综合了多种不连续PWM，达到实时跟踪功率因数从而改变调制方式，在不增加硬件复杂度的情况下，达到在电动机在全功率因数角范围内，使调制方面的开关损耗最小，并改善了电压波形质量。从而提高的电动汽车电驱动系统的可靠性和运行效率。且该发明专利技术具有计算量小，控制算法易于数字实现等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动汽车用永磁同步电机(PMSM)电压调制领域，尤其涉及一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法。
技术介绍
随着能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车成为21世纪汽车工业的主要发展方向。电动汽车是用动力电池替代传统的汽油作为车载能源的，然而在现有的技术条件下，动力电池较大的重量和相对汽油较低能量密度限制了电机的动力特性和汽车的续驰里程。研究优化控制策略，提高电机驱动系统的工作效率显得具有重要现实意义。空间电压矢量脉宽调制具有较高直流电压利用率，低谐波污染，控制方法相对简单，易于数字化实现等优点。随着电力电子技术和各种新型功率器件的进步，电驱动系统逐渐向高频化、大电流密度方向发展。在高频逆变器的空间电压矢量脉宽调制中无论采用何种调制方式，输出电压谐波含量及分布和开关损耗是不得不考虑的两个问题。随着开关频率的提高，功率器件的功耗是一个亟待解决的问题，特别是开关损耗，它将使功率器件的开关频率潜能得不到充分发挥。以两电平三相逆变器为例，如果工作在高频情况下，那么6个主开关器件因开关损耗而引起的发热给充分应用其开关频率带来障碍。电压谐波含量一直是衡量调制方法的重要因素，传统的连续PWM(如两种零矢量均匀分配的SVPWM)，在开关次数相同的条件下，虽然在中低调制比下，具有谐波含量较低的优势，但在高调制比阶段，谐波含量显明高于不连续PWM。而在电动汽车电驱动系统为了优化工作电流，往往工作在高调制比阶段。特别是电驱动系统工作在弱磁区时，调制比往往为逆变器所能提供的最大值。这些因素更加恶化了逆变器输出的电压质量。现在已研究出了多种优化的PWM方法,如GDPWM，DDTPWM，通过动态改变调制方法，使得开关损耗和波形质量得到优化。但GDPWM方法依赖运行状态的检测，计算量较大，而且不能覆盖所有功率因数，DDTPWM方法的实现需要在三相静止坐标系中，而多数电机控制均在两相旋转坐标系中计算。这些缺点限制了其在实际的应用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法，本专利技术提供了一种基于多种不连续PWM调制的电动汽车用PMSM电压调制的新思路、新方法，有效地实现开关损耗的最小和电压波形质量的提高。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：(1)根据dq轴实际电流值和电压前馈值计算估计功率因数角；(2)利用估计功率因数角和动态电压给定值将空间矢量平面动态的划分为多个区域，根据各区域的取值，确定扇区变量的大小；(3)采集载波周期和直流母线电压值，结合扇区变量确定基本电压矢量作用时间变量的取值；(4)根据载波周期确定周期寄存器的值，根据基本电压矢量作用时间变量的取值确定三个比较寄存器的赋值，得到多种不连续PWM调制信号，以此输出六路PWM信号。优选的，所述步骤(1)中，估计功率因数角的计算方法为：估计功率因数角θ^=arcsin-ud**iq+uq**id(ud*2+uq*2)*(id2+iq2)]]>其中，id，iq为dq轴实际电流值，和为电压前馈值。所述步骤(2)中，空间矢量平面动态的划分的具体方法为，根据估计功率因数角和动态电压给定值，定义六个基本变量，每个基本变量对应有一个逻辑变量，判断每个基本变量是否大于0，根据判断结果，赋予对应逻辑变量不同值，划分出12个区域。优选的，空间矢量平面动态的划分的具体方法，定义逻辑变量A、B、C、D、E和F，定义基本变量B1、B2、B3、B4、B5和B6，令：B1=uα*cos(π3+θ^)+uβ*cos(π6-θ^)]]>B2=uα*cos(π3-θ^)-uβ*cos(π6+θ^)]]>B3=uα*cos(θ^)-uβ*cos(π2-θ^)]]>B4=uβ*]]>B5=3uα*+uβ*]]>B6=-3uα*+uβ*]]>若B1>0，A＝1，否则A＝0；若B2>0，B＝1，否则B＝0；若B3>0，C＝1，否则C＝0；若B4>0，D＝1，否则D＝0；若B5>0，E＝1，否则E＝0；若B6>0，F＝1，否则F＝0。所述步骤(2)中，扇区变量与六个逻辑变量呈线性关系。优选的，所述步骤(2)中，扇区变量N，N＝32*F+16*E+8*D+4*C+2*B+A。所述步骤(3)中，根据载波周期、直流母线电压和动态电压给定值，确定三个计算因子的值，根据扇区变量的取值区间，赋值于基本电压矢量作用时间变量。优选的，所述计算因子的赋值方法为：X=3TSUDCuβ*]]>Y=3TS2UDC(3uβ*+3uα*)]]>Z=3TS2UDC(3uβ*-3uα*)]]>其中，TS为载波周期，UDC为直流母线电压。优选的，所述基本矢量作用时间变量Tx、Ty的取值方法为：N值24～318～1540～4732～3948～5516～23Tx-ZZX-X-YYTyXY-YZZ-XN为扇区变量。所述步骤(4)中，根据基本电压矢量作用时间变量和载波周期，确定基本适量切换时刻算子的取值，将其根据扇区变量不同的取值范围分别赋值于三个比较寄存器。所述步骤(4)中，周期寄存器中的存储周期T1PR为载波周期的一半。所述步骤(4)中，基本矢量切换时刻算子的计算方法为：Ta＝0Ta′=12(TS-TX-TY)]]>Tb=12TX]]>Tb′=12(TS-TY)]]>Tc=12(TX+TY)]]>Tc′=12TS.]]>优选的，所述步骤(4)中，根据功率因数角的大小，当当时若反之令如下表方式计算开关序列。N值27259134544363854501826CMPR10T′aT′bTbTcTs/2Ts/2TcTbT′bT′a0CMPR2TbT′bT′a00T′aT′bTbTcTs/2Ts/2TcCMPR3TcTs/2Ts/2T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：包括以下步骤：(1)根据dq轴实际电流值和电压前馈值计算估计功率因数角；(2)利用估计功率因数角和动态电压给定值将空间矢量平面动态的划分为多个区域，根据各区域的取值，确定扇区变量的大小；(3)采集载波周期和直流母线电压值，结合扇区变量确定基本电压矢量作用时间变量的取值；(4)根据载波周期确定周期寄存器的值，根据基本电压矢量作用时间变量的取值确定三个比较寄存器的赋值，得到多种不连续PWM调制信号，以此输出六路PWM信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)根据dq轴实际电流值和电压前馈值计算估计功率因数角；
(2)利用估计功率因数角和动态电压给定值将空间矢量平面动态的划分为多个区域，
根据各区域的取值，确定扇区变量的大小；
(3)采集载波周期和直流母线电压值，结合扇区变量确定基本电压矢量作用时间变量
的取值；
(4)根据载波周期确定周期寄存器的值，根据基本电压矢量作用时间变量的取值确定
三个比较寄存器的赋值，得到多种不连续PWM调制信号，以此输出六路PWM信号。
2.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述步骤(2)中，空间矢量平面动态的划分的具体方法为，根据估计功率因数角和动态电压
给定值，定义六个基本变量，每个基本变量对应有一个逻辑变量，判断每个基本变量是否大
于0，根据判断结果，赋予对应逻辑变量不同值，划分出12个区域。
3.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述步骤(2)中，扇区变量与六个逻辑变量呈线性关系；优选的，扇区变量N，N＝32*F+16*E+
8*D+4*C+2*B+A。
4.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述步骤(3)中，根据载波周期、直流母线电压和动态电压给定值，确定三个计算因子的值，
根据扇区变量的取值区间，赋值于基本电压矢量作用时间变量。
5.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述步骤(4)中，周期寄存器中的存储周期T1PR为载波周期的一半。
6.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述步骤(4)中，根据基本电压矢量作用时间变量和载波周期，确定基本适量切换时刻算子
的取值，将其根据扇区变量不同的取值范围分别赋值于三个比较寄存器。
7.如权利要求1所述的一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，其特征是：
所述计算因子的赋值方法为：
X=3TSUDCuβ*]]>Y=3TS2U...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珂，张承慧，顾欣，刘旭东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37