无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法技术方案

一种无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术针对电机驱动系统直流侧电解电容换成小容值薄膜电容后，母线电压的波动为SVPWM控制的电压矢量作用时间引入了额外的波动，降低驱动系统的线性调制裕度的问题。包括：提取母线电压采样值u

【技术实现步骤摘要】
无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法


[0001]本专利技术涉及无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，属于电机控制


技术介绍

[0002]内置式永磁同步电机由于功率密度高、控制方便、运行效果好等优点，广泛应用于现代电机驱动系统。
[0003]电解电容为传统电机驱动器的核心部件，用于稳定直流侧母线电压，但其存在体积大、寿命短且易发生爆炸风险等问题。同时，由于母线电压恒定，不控整流桥导通角较小，会引起网侧电流的畸变，并进一步导致网侧功率因数的恶化和网侧电流波动成分的增加，影响驱动系统的电能质量。驱动系统损坏的成因有60％是由于母线电容故障。相比于电解电容，薄膜电容具有寿命长的优势，逐渐被用作驱动系统的母线电容的替代方案；由于整流桥的导通角增加，可以取消PFC(功率因数校正)电路，降低了系统的体积和成本。近年来，无电解电容技术已初露端倪，正不断从军工及航天航空产品向民用产品延伸，尤其在电机驱动领域极具应用前景，符合高可靠性机电产品的发展需求。国际上一些著名企业逐渐加快了无电解驱动技术的研究，例如西门子、日本的大金公司以及韩国三星公司。国内的一些公司，比如美的和海信，也在进行无电解电容驱动产品的研发。
[0004]三相无电解永磁同步电机驱动系统的拓扑结构主要包括：三相二极管不控整流桥、小容值薄膜电容、三相电压型逆变器和永磁同步电机。母线电容由于容值降低无法保证母线电压保持为恒值，当网侧输入为三相电时，母线电压将以网侧电压六倍频呈现明显波动。母线电压的波动会影响矢量控制中SVPWM控制的调制情况，降低驱动系统的线性调制的裕度，恶化驱动系统的拍频问题，增加电流矢量的脉动。

技术实现思路

[0005]针对电机驱动系统直流侧电解电容换成小容值薄膜电容后，母线电压的波动为SVPWM控制的电压矢量作用时间引入了额外的波动，降低驱动系统的线性调制裕度的问题，本专利技术提供一种无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法。
[0006]本专利技术的一种无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，包括，
[0007]获取母线电压采样值u
dc_s
，提取母线电压采样值u
dc_s
中网侧电压六倍频的谐波信号和网侧电压十二倍频的谐波信号；
[0008]采用一号控制单元对网侧电压六倍频的谐波信号进行幅值和相位的调整，获得网侧电压六倍频谐波信号的补偿角度；
[0009]采用二号控制单元对网侧电压十二倍频的谐波信号进行幅值和相位的调整，获得网侧电压十二倍频谐波信号的补偿角度；
[0010]将网侧电压六倍频谐波信号的补偿角度和网侧电压十二倍频谐波信号的补偿角度相加获得最终谐波补偿角度；
[0011]将最终谐波补偿角度叠加到无位置传感器矢量控制的转速位置观测器观测角度上，得到补偿后电机位置；将补偿后电机位置加入无位置传感器矢量控制Park变换环节和反Park变换环节中。
[0012]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，一号控制单元的控制变量K
d_1
设计为：
[0013][0014]式中K1为一号控制单元的增益，s为频域算子，T
s
为驱动系统的开关周期，m
11
为一号控制单元的主体延迟周期数，m
12
为一号控制单元的修正延迟周期数。
[0015]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，二号控制单元的控制变量K
d_2
设计为：
[0016][0017]式中K2为二号控制单元的增益，m
21
为二号控制单元的主体延迟周期数，m
22
为二号控制单元的修正延迟周期数。
[0018]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，采用一号带通滤波器BPF1提取母线电压采样值u
dc_s
中网侧电压六倍频的谐波信号u
dc1_s
(s)为：
[0019]u
dc1_s
(s)＝B1(s)u
dc_s
(s)；
[0020]采用二号带通滤波器BPF2提取母线电压采样值u
dc_s
中网侧电压十二倍频的谐波信号u
dc2_s
(s)：
[0021]u
dc2_s
(s)＝B2(s)u
dc_s
(s)；
[0022]式中B1(s)为一号带通滤波器BPF1的传递函数，B2(s)为二号带通滤波器BPF2的传递函数。
[0023]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，一号带通滤波器BPF1的传递函数B1(s)为：
[0024][0025]式中ξ1为一号带通滤波器BPF1的带宽，ω
g
为网侧电压的角频率。
[0026]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，二号带通滤波器BPF2的传递函数B2(s)为：
[0027][0028]ξ2为二号带通滤波器BPF2的带宽。
[0029]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，将最终谐波补偿角度Δθ
e
叠加到转速位置观测器观测角度上，得到补偿后电机位置
[0030][0031]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，补偿后电机位置与d轴电压指令u
d*
和q轴电压指令u
q*
经反Park变换环节坐标变换后，获得补偿后
永磁同步电机α轴的电压指令和补偿后永磁同步电机β轴的电压指令
[0032]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，补偿后电机位置与永磁同步电机α轴的电流值反馈值i
α
和永磁同步电机β轴的电流反馈值i
β
经Park变换环节获得补偿后d轴电流反馈值i
d_n
和补偿后q轴电流反馈值i
q_n
。
[0033]根据本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，采用采样保持器ZOH对母线电压u
dc
进行采样，获得母线电压采样值u
dc_s
。
[0034]本专利技术的有益效果：本专利技术方法基于网侧三相输入无电解电容永磁同步电机驱动系统，针对母线电容减小时，母线电压波动造成的线性调制区裕度降低，容易处于过调制状态的现象进行线性区扩展，可以有效抑制调制度和电压矢量作用时间的波动，提升线性调制裕度和机侧运行性能，降低机侧拍频。
附图说明
[0035]图1是本专利技术所述无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法的整体框图；图中为电角频率指令，ω
e
为实际电角频率，i
q*
为q轴电流指令，i
d*
为d轴电流指令，u...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，其特征在于包括，获取母线电压采样值u
dc_s
，提取母线电压采样值u
dc_s
中网侧电压六倍频的谐波信号和网侧电压十二倍频的谐波信号；采用一号控制单元对网侧电压六倍频的谐波信号进行幅值和相位的调整，获得网侧电压六倍频谐波信号的补偿角度；采用二号控制单元对网侧电压十二倍频的谐波信号进行幅值和相位的调整，获得网侧电压十二倍频谐波信号的补偿角度；将网侧电压六倍频谐波信号的补偿角度和网侧电压十二倍频谐波信号的补偿角度相加获得最终谐波补偿角度；将最终谐波补偿角度叠加到无位置传感器矢量控制的转速位置观测器观测角度上，得到补偿后电机位置；将补偿后电机位置加入无位置传感器矢量控制Park变换环节和反Park变换环节中。2.根据权利要求1所述的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，其特征在于，一号控制单元的控制变量K
d_1
设计为：式中K1为一号控制单元的增益，s为频域算子，T
s
为驱动系统的开关周期，m
11
为一号控制单元的主体延迟周期数，m
12
为一号控制单元的修正延迟周期数。3.根据权利要求2所述的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，其特征在于，二号控制单元的控制变量K
d_2
设计为：式中K2为二号控制单元的增益，m
21
为二号控制单元的主体延迟周期数，m
22
为二号控制单元的修正延迟周期数。4.根据权利要求3所述的无电解电容永磁同步电机驱动系统线性调制区扩展方法，其特征在于，采用一号带通滤波器BPF1提取母线电压采样值u
dc_s
中网侧电压六倍频的谐波信号u
dc1_s
(s)为：u
dc1_s
(s)＝B1(s)u
dc_s
(s)；采用二号带通滤波器BPF2提取母线电压采样值u

【专利技术属性】
技术研发人员：丁大尉，高润峰，王高林，李斌兴，王奇维，张国强，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：