[發明專利]一種三相電機諧波電流控制方法及系統

在審

• 申請號: 202210589030.5
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN114915229A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 曲榮海;陳智;孔武斌;李子旻;譚越瑾
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14;H02P27/12;H02M7/5395;H02M1/08;H02M1/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發明公開了一種三相電機諧波電流控制方法及系統，屬于電機伺服及控制技術領域。首先建立與電機三相實際繞組對應的多個三相虛擬繞組；然后用電流指令計算得到的虛擬繞組電流指令值代替虛擬三相繞組電流的反饋值，和電機三相繞組電流采樣值共同用于電機諧波電流反饋值的計算；最后在諧波坐標系下對諧波電流進行閉環控制，實現在無濾波器、諧振控制器情況下對電機的各次諧波電流(包括零序電流諧波)進行提取，并分別進行閉環控制，實現三相電機各種諧波電流的精確控制。本發明方法提高了三相電機諧波電流的控制精度和動態響應速度。

技術領域

本發明屬于電機伺服及控制技術領域，更具體地，涉及一種三相電機諧波電流控制方法及系統。

背景技術

在電機控制領域常見的位置環-轉速換-電流環三環控制中，電流環屬于內環，處于最核心的位置。位置控制和轉速控制的高精度都建立于電流高精度控制的基礎之上。電機電流控制常涉及諧波電流的控制。電機的空載反電勢諧波、電感諧波等因素將導致電機電流中的諧波成分，需要設計控制器以抑制諧波電流；在部分電機控制場合，有時要求在電機三相繞組中主動注入諧波，例如直線電機控制中為了降低推力波動而主動注入負序電流，這些都要求在電機控制中對諧波電流進行高精度的閉環控制。

在傳統的電機電流控制領域，PI控制器得到廣泛的應用。PI控制器通過將電流的跟蹤誤差經過比例和積分模塊的處理，調節電壓信號，實現對電機電流的閉環控制。由于傳統的PI控制器對于直流信號有很好的跟蹤效果，但是對諧波電流的控制帶寬有限，導致PI控制器的動態性能較差，不能對諧波電流實現高精度跟蹤。

目前在諧波控制領域廣泛采用的是多同步旋轉坐標系+濾波器提取諧波或者諧振控制器。多同步旋轉坐標系+濾波器方法通過將采樣的三相電流信號通過多個旋轉坐標系進行坐標變換，并分別在各自坐標系下引入濾波器濾除其他諧波的干擾，保留本旋轉坐標系對應的諧波成分，從而能夠在穩態下提取不同諧波分量。但是由于其引入較多的濾波器，為了能夠確保濾除其他成分的干擾而需要將濾波器的帶寬降低，導致其動態性能得不到保障。諧振控制器不會因為引入濾波器而導致帶寬降低，但是在設計諧振控制器的諧振部分時涉及多個諧振參數的選擇，需要根據諧振控制器和電機組成的控制系統的開環傳遞函數Bode圖來設計開環增益、相位裕度等，增加了控制器設計的難度。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種三相電機諧波電流控制方法及系統，旨在解決多同步旋轉坐標系+濾波器方法存在的帶寬較低和諧振控制器存在的設計參數較多、控制器設計難度增加，導致控制器對三相電機諧波電流的控制性能下降的問題。

為實現上述目的，本發明提供一種不引入多旋轉坐標系和濾波器提取諧波電流、不引入諧振控制器的三相電機諧波電流控制方法。針對電機三相繞組中不同頻率諧波電流的分離，引入和電機三相繞組相對應的多個虛擬三相繞組，在所有繞組中通入諧波電流，從而可以通過類似于傅里葉變換的坐標變換算法對多相電流反饋值進行處理，提取諧波電流幅值；針對虛擬多相繞組電流如何采樣的問題，采用諧波電流指令值直接計算出虛擬繞組多相電流指令值，并將此指令值作為反饋值。

本發明提供的三相電機諧波電流控制方法，首先針對需要控制的電機諧波電流的數量，在電機三相繞組的基礎上引入多個三相虛擬繞組，共同構成多相系統，且各相之間的相位差相同。對采樣得到的多相電流進行坐標變換，將不同的諧波電流變換到不同的諧波平面上，實現不同諧波電流的分離。不同諧波電流分別經過PARK變換得到不同諧波平面下的諧波d軸和q軸分量。對不同諧波平面下的諧波d軸和q軸電流分量分別采用電流PI控制器進行閉環控制，輸出不同諧波平面下的諧波d軸和q軸電壓，不同諧波平面下的諧波d軸和q軸電壓經過逆PARK坐標變換以及新型坐標變換，得到多相電壓指令，提取出多相電壓指令中與三相電機對應的三相電壓指令值，通過SVPWM調制計算得到逆變器的開關邏輯信號，通過逆變器實現對永磁同步直線電機的控制。本發明提高三相電機電流控制器對諧波電流的控制精度。