[发明专利]一种三直流电机反向串联控制系统及方法

权利要求书

1.一种三直流电机反向串联控制系统的控制方法，其特征在于，三直流电机反向串联控制系统包括反向串联的三直流电机、四相逆变器和直流电源，四相逆变器包括八个IGBT模块，八个IGBT模块采用两两串联的方式组成四桥臂并联在直流电源的正负极，反向串联的三直流电机分别串联四桥臂，三直流电机依次经速度传感器、电流传感器和速度调节模块后分别经两级PI控制器与参考电压合成器连接，参考电压合成器经PWM脉冲生成单元与四相逆变器输入端连接，四相逆变器输出端分别与电流调节模块和三直流电机连接，电流调节模块经一级PI控制器与参考电压合成器连接，由PWM脉冲生成单元产生的脉冲控制信号控制八个IGBT模块的通断驱动三直流电机运行；

IGBT模块包括双极型晶体管芯片和二极管芯片，四桥臂具体为：第一桥臂由双极型晶体管芯片T1、T4以及并联在其上的二极管芯片D1、D4组成，第二桥臂由双极型晶体管芯片T3、T6以及并联在其上的二极管芯片D3、D6组成，第三桥臂由双极型晶体管芯片T5、T2以及并联在其上的二极管芯片D5、D2组成，第四桥臂由双极型晶体管芯片T7、T8以及并联在其上的二极管芯片D7、D8组成；

第一桥臂的T1与T4的中点为节点a点，第二桥臂T3与T6的中点为节点b点，第三桥臂T5与T2的中点为节点c点，第四桥臂T7与T8的中点为节点d点，三直流电机包括直流电机A、直流电机B和直流电机C，节点a与直流电机A的正极相连，节点b与直流电机B正极相连，节点c与直流电机C正极相连，节点d与直流电机A、直流电机B、直流电机C的负极相连；系统初始化后，将三直流电机系统中的三个电机的转速和电流由转速反馈和电流反馈再经过两级PI控制器改善系统稳态性能得到三个电机的稳态电压U₁、U₂、U₃，将U₁、U₂、U₃分别送入参考电压合成器中获得四路输出电压U_a、U_b、U_c、U_d，并将四路输出电压送入PWM脉冲调节模块，进行PWM调制，通过改变PWM占空比改变平均电压的大小；四相逆变器在外部直流电压的作用下驱动三直流电机工作，同时将支路上的实际电流反馈给电机转子的相电流，实现对三直流电机反向串联的控制，包括以下步骤：

S1、系统初始化，选择直流电机的控制方式，对转速计数器、PWM信号发生器和PI参数进行初始化；

S2、转速反馈调节模块的转速传感器将检测到的三个直流电机的转速ω₁、ω₂、ω₃送到转速反馈调节模块中，与给定转速经过比较后得到转速误差e_ω1、e_ω2、e_ω3，通过PI调节器形成参考电流参考电流如下：

其中，K_p1为转速调节器比例系数，τ₁为转速调节器积分时间常数；

转速误差e_ω1、e_ω2、e_ω3如下：

S3、电流反馈调节模块将电机转子的相电流I₁、I₂、I₃与参考电流进行比较后得到电流误差e_a、e_b、e_c，再一次经过PI调节器调节稳态生成稳态电压U₁、U₂、U₃，电流误差e_a、e_b、e_c如下：

稳态电压U₁、U₂、U₃如下：

其中，K_p2为电流调节器比例系数，τ₂为电流调节器积分时间常数；

S4、将经过PI调节后的稳态电压U₁、U₂、U₃三路电压送入参考电压合成器中，得到四路输出电压记为U_a、U_b、U_c、U_d，三路电压合成器的参考电压计算公式如下：

S5、将步骤S4中的U_a、U_b、U_c、U_d四组输出电压输入到PWM脉冲调节模块，进行PWM调制，并将调制好的脉冲信号输入到四相逆变器中，四相逆变器在外部直流电压的作用下驱动三直流电机工作，同时将支路上的实际电流I₁、I₂、I₃反馈给步骤S3的相电流I₁、I₂、I₃。