一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，包括下列步骤：步骤1)，确定基准电压空间矢量图；步骤2)，计算矢量作用时间；采用相邻两大矢量和两中矢量合成参考电压空间矢量，利用大中矢量在基波、三次谐波双坐标系中的对应关系，确保大矢量和中矢量的作用时间满足一定倍数关系，使它们在基波坐标系和三次谐波坐标系中合成电压空间矢量分别为参考电压空间矢量和0；步骤3)，设计扇区判断算法，判断参考电压空间矢量所处扇区的扇区号；步骤4)，设计开关顺序，从而得到不同扇区下的开关顺序。本发明专利技术能够有效降低电机相电流纹波和谐波含量，提高控制系统整体效率。提高控制系统整体效率。提高控制系统整体效率。

【技术实现步骤摘要】
一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略。

技术介绍

[0002]无轴承薄片电机采用磁悬浮技术将电机转子悬浮，从而避免了传统机械轴承电机由于机械损耗导致的轴承寿命短、维护费用高、机械噪声大等问题，并且具有体积小、易安装、精度高等优点。
[0003]在无轴承薄片电机研究领域，为追求高精度、高转矩密度，多相化也是一个重要发展方向，其中五相无轴承薄片电机为一重要研究热点。为了获得较高的控制精度与较快的动态响应速度，五相无轴承薄片电机常采用基于矢量控制的空间矢量脉宽调制技术。若采用传统空间矢量脉宽调制控制策略，五相无轴承薄片电机系统不可避免的存在三次谐波，导致电机运行性能变差，且降低了系统整体效率。故抑制三次谐波对基于空间矢量脉宽调制控制策略的五相无轴承薄片电机系统的高性能运行具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，用于解决五相无轴承薄片电机系统不可避免的存在三次谐波，而现有技术中难以有效降低电机相电流纹波和谐波含量，导致系统整体效率降低的技术问题。
[0005]所述的五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，包括下列步骤：
[0006]步骤1)，确定基准电压空间矢量图；
[0007]步骤2)，计算矢量作用时间；采用相邻两大矢量和两中矢量合成参考电压空间矢量，利用大中矢量在基波、三次谐波双坐标系中的对应关系，确保大矢量和中矢量的作用时间满足一定倍数关系，使它们在基波坐标系和三次谐波坐标系中合成电压空间矢量分别为参考电压空间矢量和0；
[0008]步骤3)，设计扇区判断算法，判断参考电压空间矢量所处扇区的扇区号；
[0009]步骤4)，设计开关顺序，从而得到不同扇区下的开关顺序。
[0010]优选的，步骤2)中，参考电压空间矢量为空间矢量脉宽调制算法环节的输入，其理想值幅值恒定且逆时针匀速旋转以使电机产生恒定转矩；大矢量的作用时间为中矢量作用时间的1.618倍。
[0011]优选的，步骤2)的具体方法如下：
[0012]设参考电压空间矢量所处扇区的扇区号为N，T为开关周期，U
a
、U
β
分别表示α轴电压和β轴电压，该扇区顺时针方向中矢量U
M
和大矢量U
L
的作用时间分别为T1、T2；逆时针方向中矢量U
M
和大矢量U
L
的作用时间分别为T3、T4，各个矢量投影到复平面并结合伏秒平衡原则，可得：
[0013][0014][0015]只要大矢量和中矢量的作用时间满足以下关系时：
[0016][0017]它们在三次谐波坐标系中合成电压空间矢量为0，即可达到抑制三次谐波的目的，将(1)、(2)和(3)式联立可得：
[0018][0019]其中，T为开关周期，θ为参考电压空间矢量U
ref
与α轴夹角。
[0020]优选的，五相逆变器具有32种开关状态并分别对应32个基准电压空间矢量，在复平面中构成10个扇区，除去两个零矢量其余非零矢量按照幅值大小分为小矢量U
s
、中矢量U
M
和大矢量U
L
；其中，两个零矢量为是指五相逆变器中五个上桥臂开关管全开和全闭的开关状态。
[0021]优选的，同一基准电压空间矢量，在基波坐标系中为大矢量而在三次谐波坐标系中为小矢量；在基波坐标系中为中矢量在三次谐波坐标系中仍然为中矢量；在基波坐标系中为小矢量而在三次谐波坐标系中为大矢量。
[0022]优选的，步骤3)中，每一个控制周期获得一个系统输入，首先对输入处理分析进行扇区判断，采用构造函数的方式判断参考电压空间矢量所处扇区的扇区号，得到基准电压空间矢量作用时间具体数值。
[0023]优选的，步骤4)中，为减少开关损耗，使每一次开关状态切换只有一个功率器件的开关状态发生变化，从而得到不同扇区下的开关顺序。
[0024]本专利技术具有以下优点：在五相无轴承薄片电机解耦控制数学模型的基础上，采用相邻两大矢量和两中矢量合成混合电压矢量的空间矢量脉宽调制控制策略，利用大中矢量
在基波、三次谐波双坐标系的对应关系并控制它们的作用时间使三次谐波坐标系中合成电压矢量为0，以达到抑制三次谐波的效果。此种控制策略能够有效降低电机相电流纹波和谐波含量，提高控制系统整体效率。
附图说明
[0025]图1为五相逆变器拓扑图；
[0026]图2为空间矢量脉宽调制控制流程图；
[0027]图3(a)为基波坐标系中的五相基准电压空间矢量图；
[0028]图3(b)为三次谐波坐标系中的五相基准电压空间矢量图；
[0029]图4为参考电压空间矢量合成图；
[0030]图5(a)为基波坐标系中第一扇区基波坐标系与三次谐波坐标系矢量对应关系图；
[0031]图5(b)为三次谐波坐标系中第一扇区基波坐标系与三次谐波坐标系矢量对应关系图。
具体实施方式
[0032]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和伸入的理解。
[0033]五相无轴承薄片电机相较一般三相无轴承薄片电机具有精度高、转矩脉动小以及转矩密度高的优点。
[0034]如图1
‑
5所示，本专利技术提供一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，包括下列步骤：
[0035]步骤1)，确定基准电压空间矢量图。五相逆变器具有32种开关状态并分别对应32个基准电压空间矢量，在复平面中构成10个扇区，除去两个零矢量其余非零矢量按照幅值大小分为小矢量、中矢量和大矢量。其中，两个零矢量为是指五相逆变器中五个上桥臂开关管全开和全闭的开关状态。
[0036]步骤2)，计算矢量作用时间。采用相邻两大矢量和两中矢量合成参考电压空间矢量，利用大中矢量在基波、三次谐波双坐标系中的对应关系，确保大矢量和中矢量的作用时间满足一定倍数关系，使它们在基波坐标系和三次谐波坐标系中合成电压空间矢量分别为参考电压空间矢量和0。
[0037]该步骤中，参考电压空间矢量为空间矢量脉宽调制算法环节的输入，其理想值幅值恒定且逆时针匀速旋转以使电机产生恒定转矩。大矢量和中矢量的作用时间满足的倍数若取三位小数为1.618，即大矢量的作用时间为中矢量的1.618倍。
[0038]图1为五相逆变器拓扑图，其一共有25＝32种开关状态，每一种开关状态均对应一个基准电压空间矢量。五相基波坐标系和三次谐波坐标系下的基准电压空间矢量分布如图3所示。由图3可知，32个基准电压空间矢量构成了10个扇区，每个扇区36
°
，除去2个零矢量，其余30个非零矢量按照幅值大小可分为小矢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，其特征在于：包括下列步骤：步骤1)，确定基准电压空间矢量图；步骤2)，计算矢量作用时间；采用相邻两大矢量和两中矢量合成参考电压空间矢量，利用大中矢量在基波、三次谐波双坐标系中的对应关系，确保大矢量和中矢量的作用时间满足一定倍数关系，使它们在基波坐标系和三次谐波坐标系中合成电压空间矢量分别为参考电压空间矢量和0；步骤3)，设计扇区判断算法，判断参考电压空间矢量所处扇区的扇区号；步骤4)，设计开关顺序，从而得到不同扇区下的开关顺序。2.根据权利要求1所述的一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，其特征在于：步骤2)中，参考电压空间矢量为空间矢量脉宽调制算法环节的输入，其理想值幅值恒定且逆时针匀速旋转以使电机产生恒定转矩；大矢量的作用时间为中矢量作用时间的1.618倍。3.根据权利要求2所述的一种五相无轴承薄片电机空间矢量脉宽调制优化控制策略，其特征在于：步骤2)的具体方法如下：设参考电压空间矢量所处扇区的扇区号为N，T为开关周期，U
α
、U
β
分别表示α轴电压和β轴电压，该扇区顺时针方向中矢量U
M
和大矢量U
L
的作用时间分别为T1、T2；逆时针方向中矢量U
M
和大矢量U
L
的作用时间分别为T3、T4，各个矢量投影到复平面并结合伏秒平衡原则，可得：得：只要大矢量和中矢量的作用时间满足以下关系时：它们在三次谐波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，丁强，姚仁骏，陈柏承，丁嘉睿，智通彬，汪志强，王云龙，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：