[发明专利]基于双向交错并联DC-DC逆变器的电机驱动系统

说明书

本发明公开了一种基于双向交错并联DC‑DC逆变器的电机驱动系统，该系统在电流环和的基础上增加了母线电压环。其中，采集模块、电压环控制器、直流母线电压调节器；母线电压采集模块采集永磁同步电机的直流母线电压U_out；电压环控制器从速度环提取永磁同步电机转速采集值，与给定转速进行做差，差值输入电压控制模型；电压控制模型以总谐波畸变率THD最小为目标，产生母线电压控制目标U_ref，输出给直流母线电压调节器；直流母线电压调节器将U_ref和U_out差值为0为控制目标，产生逆变器中4个开关器件的控制信号；逆变器产生动态调节后的母线电压施加给功率驱动模块，驱动永磁同步电机。本发明能够减小电流纹波转矩，提高电机低速运行的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域和永磁同步电机控制领域，具体一种基于双向交错并联DC-DC逆变器的电机驱动系统。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、现代控制理论、微处理器技术和永磁材料性能的不断提高完善，交流永磁同步电机(PMSM)的应用越来越广。永磁同步电机具有高功率密度、高效率、损耗小、和结构简单等特点，被广泛应用于工业自动化、机器人等高精度的领域。

由于永磁同步电机运行工况较为复杂，其转速可能在较大范围内波动，而永磁同步电机运行过程中由于直流电压利用率与直流母线电压幅值成反比，电机电流纹波与加在电机输入端子上电压的瞬时值和电机反电动势之间的电压差值成正比，因此直流电压利用率和电机电流纹波与母线电压紧密相关，母线电压过高会引起电压利用率降低，过低会导致逆变器进入过调制状态，因此母线电压的选择是综合电机运行环境、驱动器硬件设计、控制算法等方面的技术问题。

传统的永磁同步电机驱动系统中采用固定直流母线电压的驱动方式，低速轻载运行时，由于逆变器调制度较小，开关期间的通断时间以及死区时间对 PWM输出波形的影响比高转速时更大，易体现出转矩脉动大、电机电流纹波大等问题，影响驱动系统输出的精度和平稳性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于双向交错并联DC-DC逆变器的电机驱动系统，使用交错并联DC-DC逆变器实现电机直流母线动态调节，尤其是在低转速工况下能够提升驱动系统调制度，以减小电流纹波转矩，提高电机低速运行的精度和稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种基于双向交错并联DC-DC逆变器的电机驱动系统，包括矢量脉宽调制模块SVPWM模块、功率驱动模块、电流环控制器和速度环控制器；SVPWM模块产生的控制量通过功率驱动模块驱动永磁同步电机；电流环控制器和速度环控制器分别形成电流环和速度环的控制回路；该系统还包括母线电压采集模块、电压环控制器、直流母线电压调节器；

母线电压采集模块，用于采集永磁同步电机的直流母线电压U_out，发送给直流母线电压调节器；

电压环控制器，用于从速度环提取永磁同步电机转速采集值V，与给定转速V_ref进行做差，差值输入电压控制模型；电压控制模型以总谐波畸变率THD最小为目标，产生母线电压控制目标U_ref，输出给直流母线电压调节器；

直流母线电压调节器，由控制器和双向交错并联DC-DC逆变器组成；控制器将U_ref和U_out差值为0为控制目标，产生双向交错并联DC-DC逆变器中4个开关器件的控制信号施加到双向交错并联DC-DC逆变器中；双向交错并联DC- DC逆变器的输入为固定的市电母线电压U₁，双向交错并联DC-DC逆变器在开关器件控制信号的调制下产生的输出电压为动态调节后的母线电压施加给功率驱动模块，驱动永磁同步电机。