[发明专利]一种九开关逆变器双电机驱动系统及其控制方法

权利要求书

1.一种九开关逆变器双电机驱动系统控制方法，其特征在于，九开关逆变器双电机驱动系统包括两个三相永磁同步电机、三相九开关逆变器、PI控制器、参考电流发生器、滞环控制器、PWM脉冲生成单元、永磁同步电机电流传感器、霍尔传感器和直流供电电源，PI控制器一端与直流供电电源连接，另一端依次经过参考电流发生器、滞环控制器、PWM脉冲生成单元和三相九开关逆变器分别与两个三相永磁同步电机连接，永磁同步电机电流传感器和霍尔传感器分别与位置与转速比较器和参考电流发生器连接；

三相九开关逆变器包括第一逆变器桥臂L₁、第二逆变器桥臂L₂和第三逆变器桥臂L₃，第一逆变器桥臂L₁、第二逆变器桥臂L₂和第三逆变器桥臂L₃的一端分别与三相永磁同步电机M1和三相永磁同步电机M2连接，另一端并联后与公共直流电源相接，三相永磁同步电机M1和三相永磁同步电机M2均与霍尔传感器和电流传感器连接，根据PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制功率开关管的开关状态，结合三相电动机电枢绕组中两相电压为正极性一相电压为负极性或两相电压为负极性一相电压为正极性生成六种电路拓扑结构驱动双永磁同步电机运行，逆变器桥臂L₁由第一功率开关管T1、第四功率开关管T4和第七功率开关管T7串联组成，逆变器桥臂L₂由第二功率开关管T2、第五功率开关管T5和第八功率开关管T8串联组成，逆变器桥臂L₃由第三功率开关管T3、第六功率开关管T6和第九功率开关管T9串联组成，三相永磁同步电机M1具有独立的三相电枢绕组A、B、C；三相永磁同步电机M2具有独立的电枢绕组U、V、W；

逆变器桥臂L₁中的功率开关管T1与功率开关管T4的中点为节点x点，功率开关管T4与功率开关管T7的中点为节点a点；逆变器桥臂L₂中的功率开关管T2与功率开关管T5的中点为节点y点，功率开关管T5与功率开关管T8的中点为节点b点；逆变器桥臂L₃中的功率开关管T3与功率开关管T6的中点为节点z点，功率开关管T6与功率开关管T9的中点为节点c点，三相永磁同步电机M1第三电枢绕组C连接于三相九开关逆变器的第三逆变器桥臂的第一功率开关管T1和第四功率开关管T4之间的节点x点，三相永磁同步电机M2的第一电枢绕组U连接于三相九开关逆变器的第一逆变器桥臂的第四功率开关管T4和第七功率开关管T7之间的节点a点；

三相永磁同步电机M1第二电枢绕组B连接于三相九开关逆变器的第二逆变器桥臂的第二功率开关管T2和第五功率开关管T5之间的节点y点，三相永磁同步电机M2第二电枢绕组V连接于三相九开关逆变器第二逆变器桥臂的第五功率开关管T5和第八功率开关管T8之间的节点b点；

三相永磁同步电机M1第一电枢绕组A连接于三相九开关逆变器的第三逆变器桥臂的第三功率开关管T3和第六功率开关管T6之间的节点z点，三相永磁同步电机M2第三电枢绕组W连接于三相九开关逆变器第三逆变器桥臂的第六功率开关管T6和第九功率开关管T9之间的节点c点；

六种工作模式具体如下：

工作模式I，电枢绕组极性属于两相电压为负一相电压为正，当三相九开关逆变器中的功率开关管T1、T4、T5、T6、T8、T9处于导通状态，功率开关管T2、T3、T7处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U通正电，永磁同步电机M1的电枢绕组B、电枢绕组A和永磁同步电机M2的电枢绕组V、电枢绕组W通负电；

工作模式II，电枢绕组极性属于两相电压为负一相电压为正，当三相九开关逆变器中的功率开关管T2、T4、T5、T6、T7、T9处于导通状态，功率开关管T1、T3、T8处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组B和永磁同步电机M2的电枢绕组V通正电，永磁同步电机M1的电枢绕组A、电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U、电枢绕组W通负电；

工作模式III，电枢绕组极性属于两相电压为负一相电压为正，三相九开关逆变器中的功率开关管T3、T4、T5、T6、T7、T8处于导通状态，功率开关管T1、T2、T9处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组A和永磁同步电机M2的电枢绕组W通正电，永磁同步电机M1的电枢绕组B、电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U、电枢绕组V通负电；

工作模式IV，电枢绕组极性属于两相电压为正一相电压为负，三相九开关逆变器中的功率开关管T1、T2、T4、T5、T6、T9处于导通状态，功率开关管T3、T7、T8处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组A和永磁同步电机M2的电枢绕组W通负电，永磁同步电机M1的电枢绕组B、电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U、电枢绕组V通正电；

工作模式V，三相九开关逆变器中的功率开关管T1、T3、T4、T5、T6、T8处于导通状态，功率开关管T2、T7、T9处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组B和永磁同步电机M2的电枢绕组V通负电，永磁同步电机M1的电枢绕组A、电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U、电枢绕组W通正电，电枢绕组极性属于两相电压为正一相电压为负；

工作模式VI，电枢绕组极性属于两相电压为正一相电压为负，三相九开关逆变器中的功率开关管T2、T3、T4、T5、T6、T7处于导通状态，功率开关管T1、T8、T9处于关断状态时，永磁同步电机M1的电枢绕组C和永磁同步电机M2的电枢绕组U通负电，永磁同步电机M1的电枢绕组A、电枢绕组B和永磁同步电机M2的电枢绕组V、电枢绕组W通正电；

所述驱动系统控制方法包括以下步骤：

S1、系统进行初始化，永磁同步电机M1的电流传感器采集反馈电流到电流调节模块产生三相电流信号，位置信号θ和反馈速度信号ω_n；将霍尔传感器采集到的永磁同步电机M1的霍尔信号送到位置与转速比较器中，解析得到电机转子的位置信号θ和反馈速度信号ω_n；

S2、将参考速度ω^*和步骤S1中的反馈速度信号ω_n经过速度比较器后得到速度误差e_w，速度误差e_w经过PI控制器通过线性组合得到总参考电流

S3、总参考电流与霍尔元件解析得到的永磁同步电机M1转子位置信号θ输入参考电流发生器，转换成永磁同步电机M1的三相参考电流

S4、将步骤S1的三相电流信号I_a、I_b、I_c通过反馈与三相参考电流经电流比较器，得到滞环控制器输入控制信号e_a、e_b、e_c，分别送到滞环控制器1、滞环控制器2、滞环控制器3中，得到滞环控制器输出信号H_C1、H_C2、H_C3，分别产生PWM_A、PWM_B、PWM_C三组输出信号，滞环控制器1、滞环控制器2、滞环控制器3的输出具体如下：

其中，e_a、e_b、e_c为滞环控制器输入控制信号；H_C1、H_C2、H_C3为滞环控制器输出信号，H_C1＝1，滞环控制器1的选择模块将驱动信号110输入PWM_A，H_C1＝0，滞环控制器1的选择模块将驱动信号011输入PWM_A；

H_C2＝1，滞环控制器2的选择模块将驱动信号110输入PWM_B，H_C2＝0，滞环控制器2的选择模块将驱动信号011输入PWM_B；

H_C3＝1，滞环控制器3的选择模块将驱动信号110输入PWM_C，H_C3＝0，滞环控制器3的选择模块将驱动信号011输入PWM_C；

S5、将步骤S4中的PWM_A、PWM_B、PWM_C三组输出信号输入到PWM脉冲生成单元，PWM脉冲生成单元将三组PWM_A、PWM_B、PWM_C信号解析为九个功率开关管的触发脉冲，分别对应三相九开关逆变器的九个功率开关管，使三相九开关逆变器处于不同的拓扑结构驱动双永磁同步电机处于不同的工作模式。