[发明专利]一种永磁电机变占空比电流滞环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机驱动与控制技术领域，尤其涉及一种对以永磁电机为代表的变频驱动系统进行改变占空比的电流滞环控制方法。

背景技术

传统的永磁电机电流滞环控制是通过对电机定子绕组的电流实际反馈信号与给定信号相比较，若实际电流与给定电流的偏差超过给定环宽，则开关管动作，使实际电流尽快地跟踪给定电流。由于电流滞环跟踪控制方法精度高、响应快，且易于实现，因此，电流滞环控制在逆变电源、有源滤波和交流调速等场合得到了广泛的运用。另一方面，电流滞环的跟踪精度与滞环宽度有关，同时还受功率开关器件最大允许开关频率、散热等条件的制约。当环宽选取过大时，开关频率较低，导致电流波形失真严重、谐波分量高、跟踪效果差；当环宽选取过小时，电流跟踪性能较好，但会增大开关频率，引起过热、故障率高等问题。传统的电流滞环控制基本采用恒定采样频率的电流控制，占空比设置为100%或者0%，使开关频率不会超过采样频率，同时会使实际电流不能完全跟踪给定电流，电流波形畸变。

发明内容

本发明的目的是针对上述传统电流滞环控制算法的不足，提出了一种通过改变占空比实现开关频率恒定的电流滞环控制方法，能够实现永磁电机定子绕组电流更好地跟踪给定电流。

为了达到上述发明目的，本发明提出一种变占空比电流滞环控制的方法来实现恒定的开关频率、更低的负载电流畸变以及更高的效率，这个算法主要通过环宽来计算一个开关周期内开通时间与关断时间。

其中所述方法，包括：

根据采样得到转子位置信号、直流侧电压，计算每次采样频率下的环宽，判断电流所在的区域；

计算每个PWM周期下的开通与关断时间；

通过将开通与关断时间与PWM波周期进行比较，产生能够使实际电流跟踪给定电流的不同占空比的PWM波，驱动逆变器开关管动作。

其中，通过采样当前的电压、电流、转子位置信号来计算出下一PWM周期所需的开通关断时间，其采样周期同PWM周期中断的时间一致。

其中，所述的永磁电机为具有永磁体作为励磁源的电机，包括纯永磁电机和混合励磁电机。

其中，所述变占空比电流滞环控制方法亦适用于异步感应电动机、直流电机或其他类型电机的电流控制。

本发明的特点是通过设置一个固定的PWM周期以产生一个变化的环宽，保证逆变器的开关管在一个PWM周期只开通、关断各一次。因此，可近似认为PWM波的开关频率恒定。在PWM波开关频率恒定的条件下，通过计算得到在一个PWM周期内的开通与关断时间，使实际电流能够在给定环宽范围内上下振荡。在计算开通与关断时间时，所计算的量需是同一时刻采集到的。以上功能可以通过DSP或者其他高性能数字芯片软件编程和硬件相结合实现。

通过本发明实现了永磁电机定子端电流更好地跟踪给定电流，进而能够使电流波形失真度降低，谐波分量减小，保证了电机输出较为恒定的电磁转矩；

实现了电流滞环控制开关频率恒定，提高了PWM波在一个PWM周期的利用率，同时也降低了采样频率。可以在一个较低的采样频率下，达到与高采样频率相媲美的控制效果。

附图说明

图1是本发明电流分成四个区域的理论分析示意图；

图2是本发明所提出的永磁电机变占空比电流滞环控制的系统框图；

图3是本发明所提出的控制部分的系统框图；

图4是本发明用来实现变占空比的程序流程图；

图5是本发明用来产生PWM波的程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行具体描述。

本发明的基本操作步骤如下：

第一步是环宽计算，根据逆变器的直流侧输入电压、永磁电机在不同转速下的空载反电动势、电枢绕组电感确定环宽大小；

第二步是根据给定环宽大小、当前采样时刻反馈电流与给定电流的偏差、逆变器直流侧电压、当前转速下的永磁电机空载反电动势、绕组电感以及给定电流的变化率确定在下一个采样周期内开关管的导通时间与关断时间；

第三步是通过下一个采样周期内的导通时间和关断时间确定PWM波在下一个采样周期下的占空比。

具体实施步骤如下：

首先，将每个采样周期电流所在的位置分为四个区域：