[發(fā)明專利]一種永磁電機變占空比電流滯環(huán)控制方法

在審

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• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103684207A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 花為;廖金國;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發(fā)明涉及電機驅(qū)動與控制技術領域，尤其涉及一種對以永磁電機為代表的變頻驅(qū)動系統(tǒng)進行改變占空比的電流滯環(huán)控制方法。

背景技術

傳統(tǒng)的永磁電機電流滯環(huán)控制是通過對電機定子繞組的電流實際反饋信號與給定信號相比較，若實際電流與給定電流的偏差超過給定環(huán)寬，則開關管動作，使實際電流盡快地跟蹤給定電流。由于電流滯環(huán)跟蹤控制方法精度高、響應快，且易于實現(xiàn)，因此，電流滯環(huán)控制在逆變電源、有源濾波和交流調(diào)速等場合得到了廣泛的運用。另一方面，電流滯環(huán)的跟蹤精度與滯環(huán)寬度有關，同時還受功率開關器件最大允許開關頻率、散熱等條件的制約。當環(huán)寬選取過大時，開關頻率較低，導致電流波形失真嚴重、諧波分量高、跟蹤效果差；當環(huán)寬選取過小時，電流跟蹤性能較好，但會增大開關頻率，引起過熱、故障率高等問題。傳統(tǒng)的電流滯環(huán)控制基本采用恒定采樣頻率的電流控制，占空比設置為100%或者0%，使開關頻率不會超過采樣頻率，同時會使實際電流不能完全跟蹤給定電流，電流波形畸變。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述傳統(tǒng)電流滯環(huán)控制算法的不足，提出了一種通過改變占空比實現(xiàn)開關頻率恒定的電流滯環(huán)控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)永磁電機定子繞組電流更好地跟蹤給定電流。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種變占空比電流滯環(huán)控制的方法來實現(xiàn)恒定的開關頻率、更低的負載電流畸變以及更高的效率，這個算法主要通過環(huán)寬來計算一個開關周期內(nèi)開通時間與關斷時間。

其中所述方法，包括：

根據(jù)采樣得到轉(zhuǎn)子位置信號、直流側(cè)電壓，計算每次采樣頻率下的環(huán)寬，判斷電流所在的區(qū)域；

計算每個PWM周期下的開通與關斷時間；

通過將開通與關斷時間與PWM波周期進行比較，產(chǎn)生能夠使實際電流跟蹤給定電流的不同占空比的PWM波，驅(qū)動逆變器開關管動作。

其中，通過采樣當前的電壓、電流、轉(zhuǎn)子位置信號來計算出下一PWM周期所需的開通關斷時間，其采樣周期同PWM周期中斷的時間一致。

其中，所述的永磁電機為具有永磁體作為勵磁源的電機，包括純永磁電機和混合勵磁電機。

其中，所述變占空比電流滯環(huán)控制方法亦適用于異步感應電動機、直流電機或其他類型電機的電流控制。

本發(fā)明的特點是通過設置一個固定的PWM周期以產(chǎn)生一個變化的環(huán)寬，保證逆變器的開關管在一個PWM周期只開通、關斷各一次。因此，可近似認為PWM波的開關頻率恒定。在PWM波開關頻率恒定的條件下，通過計算得到在一個PWM周期內(nèi)的開通與關斷時間，使實際電流能夠在給定環(huán)寬范圍內(nèi)上下振蕩。在計算開通與關斷時間時，所計算的量需是同一時刻采集到的。以上功能可以通過DSP或者其他高性能數(shù)字芯片軟件編程和硬件相結(jié)合實現(xiàn)。

通過本發(fā)明實現(xiàn)了永磁電機定子端電流更好地跟蹤給定電流，進而能夠使電流波形失真度降低，諧波分量減小，保證了電機輸出較為恒定的電磁轉(zhuǎn)矩；

實現(xiàn)了電流滯環(huán)控制開關頻率恒定，提高了PWM波在一個PWM周期的利用率，同時也降低了采樣頻率。可以在一個較低的采樣頻率下，達到與高采樣頻率相媲美的控制效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電流分成四個區(qū)域的理論分析示意圖；

圖2是本發(fā)明所提出的永磁電機變占空比電流滯環(huán)控制的系統(tǒng)框圖；

圖3是本發(fā)明所提出的控制部分的系統(tǒng)框圖；

圖4是本發(fā)明用來實現(xiàn)變占空比的程序流程圖；

圖5是本發(fā)明用來產(chǎn)生PWM波的程序流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體描述。

本發(fā)明的基本操作步驟如下：

第一步是環(huán)寬計算，根據(jù)逆變器的直流側(cè)輸入電壓、永磁電機在不同轉(zhuǎn)速下的空載反電動勢、電樞繞組電感確定環(huán)寬大小；

第二步是根據(jù)給定環(huán)寬大小、當前采樣時刻反饋電流與給定電流的偏差、逆變器直流側(cè)電壓、當前轉(zhuǎn)速下的永磁電機空載反電動勢、繞組電感以及給定電流的變化率確定在下一個采樣周期內(nèi)開關管的導通時間與關斷時間；

第三步是通過下一個采樣周期內(nèi)的導通時間和關斷時間確定PWM波在下一個采樣周期下的占空比。

具體實施步驟如下：

首先，將每個采樣周期電流所在的位置分為四個區(qū)域：