[发明专利]一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车用永磁同步电机(PMSM)电压调制领域，尤其涉及一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的加剧，电动汽车成为21世纪汽车工业的主要发展方向。电动汽车是用动力电池替代传统的汽油作为车载能源的，然而在现有的技术条件下，动力电池较大的重量和相对汽油较低能量密度限制了电机的动力特性和汽车的续驰里程。研究优化控制策略，提高电机驱动系统的工作效率显得具有重要现实意义。

空间电压矢量脉宽调制具有较高直流电压利用率，低谐波污染，控制方法相对简单，易于数字化实现等优点。随着电力电子技术和各种新型功率器件的进步，电驱动系统逐渐向高频化、大电流密度方向发展。在高频逆变器的空间电压矢量脉宽调制中无论采用何种调制方式，输出电压谐波含量及分布和开关损耗是不得不考虑的两个问题。随着开关频率的提高，功率器件的功耗是一个亟待解决的问题，特别是开关损耗，它将使功率器件的开关频率潜能得不到充分发挥。以两电平三相逆变器为例，如果工作在高频情况下，那么6个主开关器件因开关损耗而引起的发热给充分应用其开关频率带来障碍。电压谐波含量一直是衡量调制方法的重要因素，传统的连续PWM(如两种零矢量均匀分配的SVPWM)，在开关次数相同的条件下，虽然在中低调制比下，具有谐波含量较低的优势，但在高调制比阶段，谐波含量显明高于不连续PWM。而在电动汽车电驱动系统为了优化工作电流，往往工作在高调制比阶段。特别是电驱动系统工作在弱磁区时，调制比往往为逆变器所能提供的最大值。这些因素更加恶化了逆变器输出的电压质量。

现在已研究出了多种优化的PWM方法,如GDPWM，DDTPWM，通过动态改变调制方法，使得开关损耗和波形质量得到优化。但GDPWM方法依赖运行状态的检测，计算量较大，而且不能覆盖所有功率因数，DDTPWM方法的实现需要在三相静止坐标系中，而多数电机控制均在两相旋转坐标系中计算。这些缺点限制了其在实际的应用。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制系统及方法，本发明提供了一种基于多种不连续PWM调制的电动汽车用PMSM电压调制的新思路、新方法，有效地实现开关损耗的最小和电压波形质量的提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多种不连续PWM的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：

(1)根据dq轴实际电流值和电压前馈值计算估计功率因数角；

(2)利用估计功率因数角和动态电压给定值将空间矢量平面动态的划分为多个区域，根据各区域的取值，确定扇区变量的大小；

(3)采集载波周期和直流母线电压值，结合扇区变量确定基本电压矢量作用时间变量的取值；

(4)根据载波周期确定周期寄存器的值，根据基本电压矢量作用时间变量的取值确定三个比较寄存器的赋值，得到多种不连续PWM调制信号，以此输出六路PWM信号。

优选的，所述步骤(1)中，估计功率因数角的计算方法为：估计功率因数角

其中，i_d，i_q为dq轴实际电流值，和为电压前馈值。

所述步骤(2)中，空间矢量平面动态的划分的具体方法为，根据估计功率因数角和动态电压给定值，定义六个基本变量，每个基本变量对应有一个逻辑变量，判断每个基本变量是否大于0，根据判断结果，赋予对应逻辑变量不同值，划分出12个区域。

优选的，空间矢量平面动态的划分的具体方法，定义逻辑变量A、B、C、D、E和F，定义基本变量B₁、B₂、B₃、B₄、B₅和B₆，令：

若B₁>0，A＝1，否则A＝0；若B₂>0，B＝1，否则B＝0；

若B₃>0，C＝1，否则C＝0；若B₄>0，D＝1，否则D＝0；

若B₅>0，E＝1，否则E＝0；若B₆>0，F＝1，否则F＝0。

所述步骤(2)中，扇区变量与六个逻辑变量呈线性关系。