[發明專利]一種基于多種不連續PWM的永磁同步電機控制系統及方法

有效

• 申請號: 201610187477.4
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105634365B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 李珂;張承慧;顧欣;劉旭東
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及電動汽車用永磁同步電機(PMSM)電壓調制領域，尤其涉及一種基于多種不連續PWM的永磁同步電機控制系統及方法。

背景技術

隨著能源短缺和環境污染問題的加劇，電動汽車成為21世紀汽車工業的主要發展方向。電動汽車是用動力電池替代傳統的汽油作為車載能源的，然而在現有的技術條件下，動力電池較大的重量和相對汽油較低能量密度限制了電機的動力特性和汽車的續馳里程。研究優化控制策略，提高電機驅動系統的工作效率顯得具有重要現實意義。

空間電壓矢量脈寬調制具有較高直流電壓利用率，低諧波污染，控制方法相對簡單，易于數字化實現等優點。隨著電力電子技術和各種新型功率器件的進步，電驅動系統逐漸向高頻化、大電流密度方向發展。在高頻逆變器的空間電壓矢量脈寬調制中無論采用何種調制方式，輸出電壓諧波含量及分布和開關損耗是不得不考慮的兩個問題。隨著開關頻率的提高，功率器件的功耗是一個亟待解決的問題，特別是開關損耗，它將使功率器件的開關頻率潛能得不到充分發揮。以兩電平三相逆變器為例，如果工作在高頻情況下，那么6個主開關器件因開關損耗而引起的發熱給充分應用其開關頻率帶來障礙。電壓諧波含量一直是衡量調制方法的重要因素，傳統的連續PWM(如兩種零矢量均勻分配的SVPWM)，在開關次數相同的條件下，雖然在中低調制比下，具有諧波含量較低的優勢，但在高調制比階段，諧波含量顯明高于不連續PWM。而在電動汽車電驅動系統為了優化工作電流，往往工作在高調制比階段。特別是電驅動系統工作在弱磁區時，調制比往往為逆變器所能提供的最大值。這些因素更加惡化了逆變器輸出的電壓質量。

現在已研究出了多種優化的PWM方法,如GDPWM，DDTPWM，通過動態改變調制方法，使得開關損耗和波形質量得到優化。但GDPWM方法依賴運行狀態的檢測，計算量較大，而且不能覆蓋所有功率因數，DDTPWM方法的實現需要在三相靜止坐標系中，而多數電機控制均在兩相旋轉坐標系中計算。這些缺點限制了其在實際的應用。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于多種不連續PWM的永磁同步電機控制系統及方法，本發明提供了一種基于多種不連續PWM調制的電動汽車用PMSM電壓調制的新思路、新方法，有效地實現開關損耗的最小和電壓波形質量的提高。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多種不連續PWM的永磁同步電機控制方法，包括以下步驟：

(1)根據dq軸實際電流值和電壓前饋值計算估計功率因數角；

(2)利用估計功率因數角和動態電壓給定值將空間矢量平面動態的劃分為多個區域，根據各區域的取值，確定扇區變量的大小；

(3)采集載波周期和直流母線電壓值，結合扇區變量確定基本電壓矢量作用時間變量的取值；

(4)根據載波周期確定周期寄存器的值，根據基本電壓矢量作用時間變量的取值確定三個比較寄存器的賦值，得到多種不連續PWM調制信號，以此輸出六路PWM信號。

優選的，所述步驟(1)中，估計功率因數角的計算方法為：估計功率因數角

其中，i_d，i_q為dq軸實際電流值，和為電壓前饋值。

所述步驟(2)中，空間矢量平面動態的劃分的具體方法為，根據估計功率因數角和動態電壓給定值，定義六個基本變量，每個基本變量對應有一個邏輯變量，判斷每個基本變量是否大于0，根據判斷結果，賦予對應邏輯變量不同值，劃分出12個區域。

優選的，空間矢量平面動態的劃分的具體方法，定義邏輯變量A、B、C、D、E和F，定義基本變量B₁、B₂、B₃、B₄、B₅和B₆，令：

若B₁>0，A＝1，否則A＝0；若B₂>0，B＝1，否則B＝0；

若B₃>0，C＝1，否則C＝0；若B₄>0，D＝1，否則D＝0；

若B₅>0，E＝1，否則E＝0；若B₆>0，F＝1，否則F＝0。

所述步驟(2)中，扇區變量與六個邏輯變量呈線性關系。