[发明专利]一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及驱动电机的功率变换器控制领域，特别涉及五桥臂逆变器驱动两电机系统的调制方法。

背景技术

近年来随着经济转型和产业升级，轨道交通、造纸、纺织、冶金等工业生产中亟需多电机高性能协调控制技术，多电机驱动及控制技术也成为科研界研究的热点。

目前对于两台三相电机，通常需要双电压源逆变器对其进行控制，其调制策略一般采用空间矢量脉宽调制。随着现代电力电子技术在多相电压源逆变器上的发展，为多电机的驱动开辟了新的途径。其中五桥臂电压源逆变器（FL-VSI）自提出以来，得到了众多学者的关注，并已被尝试用于两电机的控制系统中。与传统双电压源逆变器，即六桥臂电压源逆变器相比，五桥臂电压源逆变器减少了一个桥臂，故两台电机需公用一个桥臂，该公共桥臂需满足在调制周期内同时控制两电机的要求。因此，五桥臂电压源逆变器的调制方法是实现对两电机独立控制的关键所在。

为了避免两电机同时控制时公共桥臂开关器件的开关状态不同而引起的冲突，有学者提出了半周期控制法，即把五桥臂电压源逆变器的一个控制周期划分为两个半周期，在每个半周期内分别独立地控制一台电机，另一台电机则由零电压矢量控制。该方法有效地将一个控制周期内对两台电机的同时控制转化为两个半周期内对两台电机分时的独立控制，实现了两电机速度和位置的精确控制，但由于零矢量作用时间变长，使得两电机对直流母线电压的利用率偏低，调速范围有限。故长期以来许多学者致力于如何提高两电机对直流母线电压利用率方面的研究，有学者采用载波调制技术和空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术来调制两电机的相电压和各相驱动信号的占空比，再将所得占空比进行数学运算来驱动五桥臂两电机系统。该调制方式提高了两电机对直流母线电压的利用率，但电机启动时占空比会超出[0,1]的范围。也有学者采用模型预测控制方法，系统地选择五桥臂逆变器的每个桥臂的有效电压矢量，简化了调制方式，提高了直流母线电压的利用率，但在一定程度上削弱了控制系统的控制精度。

发明内容

本发明目的在于解决五桥臂逆变器驱动两电机系统中存在的电压利用率及调速范围等问题，提出一种电压源逆变器的占空比优化调制方法，保证公共桥臂能够在调制周期内同时控制两台电机，解决两电机控制的解耦问题，同时有效减少两电机受零电压矢量控制的时间，提高直流母线电压的利用率，扩展系统的调速范围。

一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法，五桥臂电压源逆变器与两个电机的连接方式为，第一电机的定子a1、b1相与逆变器的A、B桥臂相连，第二电机的定子a2、b2相与逆变器的E、D桥臂相连，逆变器的C桥臂作为公共桥臂，分别与两电机的定子C相相连，所述的方法为：

(1)设第一电机的三相定子电流分别为i_a1、i_b1、i_c1，转速及转子位置角分别为ω₁、θ₁，第二电机的三相定子电流分别为i_a2、i_b2、i_c2，转速及转子位置角分别为ω₂、θ₂，五桥臂直流母线电压为U_dc，将两台电机的三相定子电流分别经abc/dq坐标变换为两相旋转坐标系下的dq轴电流分量；

(2)设d轴的参考电流转速环采用PI控制器，输出第一电机q轴电流给定值i_{q1_ref}和第二电机q轴电流给定值i_{q2_ref}；电流环采用PI控制器，输出第一电机的d轴和q轴电压参考值u_{d1_ref}、u_{q1_ref}以及第二电机的d轴和q轴电压参考值u_{d2_ref}、u_{q2_ref}，经dq/αβ坐标变换为两相静止坐标系下的第一电机的电压参考值u_{α1_ref}、u_{β1_ref}和第二电机的电压参考值u_{α2_ref}、u_{β2_ref}；

(3)利用直流母线电压、两相静止坐标系下的电压参考值，通过空间矢量脉宽调制，产生第一电机所需驱动信号的占空比参考值δ_a1，δ_b1，δ_c1和第一电机所需驱动信号的占空比参考值δ_a2，δ_b2，δ_c2；