五相永磁同步電動機驅動控制系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、電力電子變換技術的廣泛應用使得電機驅動系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)三相供電網絡的相數約束，多相(相數n>3)逆變器供電的多相電機驅動系統(tǒng)為實現大功率交流傳動提供了新的思路。相數的增加使得多相電機驅動系統(tǒng)具有更多的控制自由度，使其特別適合用于電動/燃料混合動力車輛、航空航天、風力發(fā)電、電力機車牽引、電力艦船推進等要求低壓大功率和故障容錯運行的應用場合。五相永磁同步電動機(PMSM)兼具永磁電機和多相電機的雙重優(yōu)點，論文圍繞其多維、多相的特點，展開基本理

2、論和控制策略的研究，所得結論和方法對研究任意相數的多相電機驅動系統(tǒng)具有重要的理論指導意義和工程實踐價值。
　　首先，論文利用繞組函數法，推導五相對稱繞組諧波磁動勢的解析表達式，通過分析其時空分布特性，得到了五相PMSM通過注入三次諧波電流提高輸出轉矩的理論依據。建立雙正交坐標系，并推導五相PMSM的正交數學模型，為后續(xù)的研究奠定理論基礎。以轉矩方程為依據，在不增加電機鐵芯飽和程度和逆變器容量的前提下，分別以電流幅值不變和有效值不變

3、為約束條件，提出了三次諧波電流注入率的優(yōu)選方法。通過優(yōu)化控制基波電流與三次諧波電流的相位和幅值關系，不僅能夠提高五相PMSM的輸出轉矩還可提高轉矩銅損比，有助于改善電機的效率。通過有限元仿真驗證了三次諧波電流注入率優(yōu)選方法的正確性，并分析了注入三次諧波電流對輸出轉矩和轉矩脈動的影響。
　　其次，深入研究了五相電壓源逆變器(VSI)的多維脈寬調制(PWM)算法。針對正弦電壓輸出方式，若直接將傳統(tǒng)的三相VSI空間矢量脈寬調制(SVPW

4、M)算法擴展至五相VSI中，會在d3-q3子空間中產生非零伴生矢量，從而使輸出電壓含有大量的諧波成分。本文提出了最近四矢量SVPWM算法，在d1-q1子空間中合成基波電壓參考矢量的同時，保證d3-q3子空間中的伴生矢量為零。為了提高基波電壓分量的調制比，提出了最近四矢量SVPWM的改進算法，通過動態(tài)修改中矢量和大矢量的作用時間比，最大限度地降低諧波電壓的含量。針對雙頻率非正弦電壓輸出方式，以最近四矢量SVPWM算法為基礎，動態(tài)分配調制子

5、周期，在每個調制子周期內合成各自子空間的電壓參考矢量。針對上述兩種電壓輸出方式，分別提出了注入五次諧波分量和均值零序分量的載波PWM算法，可進一步擴展調制范圍。詳細分析了正弦驅動以及注入三次諧波驅動方式下，調制比的有效作用域及各種PWM算法的適用范圍。
　　再次，為了提高五相PMSM控制系統(tǒng)的集成度，研究了基于FPGA的數字集成控制技術。設計了全數字軸角變換器，采用Δ-Σ調制技術生成激磁信號，可降低激磁信號的失真度和相移?；阪i相

6、環(huán)技術的角度閉環(huán)跟蹤解算算法，可提高動態(tài)跟蹤速度和穩(wěn)態(tài)精度。以NTV-SVPWM算法為例，給出了詳細的數字實現方法。為了保證注入三次諧波電流后轉矩響應仍表現為一階慣性環(huán)節(jié)，研究了雙空間矢量控制算法的電流控制器參數約束。給出了基于FPGA的全數字雙空間矢量控制器實現方法，通過控制時序優(yōu)化，提高數據的實時性和控制器的執(zhí)行速度。雙空間矢量控制算法可保證基波電流和三次諧波電流滿足最優(yōu)的幅值和相位關系，但無法解決暫態(tài)過程中的交叉耦合問題。為此，提

7、出了一種考慮延時的無差拍電流預測控制算法，通過將交叉耦合項融入到預測模型中，解決了基波電流和三次諧波電流交叉耦合問題。分析了五相VSI死區(qū)效應，提出了基于雙空間矢量閉環(huán)控制的死區(qū)誤差電壓補償方法。
　　最后，針對五相PMSM單相開路故障，分別建立了基波和三次諧波子空間不對稱坐標系下的坐標變換體系。通過分析基波和三次諧波電流的轉矩方程和銅損方程，利用疊加原理，提出了消除轉矩脈動的解析方法。通過對廣義零序分量的優(yōu)化設計，在銅損最小和銅