[发明专利]一种异频供电永磁同步电动机矢量控制系统

摘要

本发明涉及一种采用异频供电控制两台转子同轴的永磁同步电动机的矢量控制系统，属于电力设备技术领域。其特征在于，包括：用于分别产生两台电机转矩分量电流参考值的一个速度控制单元；用于产生控制电压参考值的两个电流控制单元；用于产生逆变器驱动信号的两个PWM发生单元，用于驱动永磁同步电动机的两个逆变器单元，用于电流反馈的两个电流检测单元，用于速度位置反馈的一个位置检测单元。本发明提出的异频供电永磁同步电动机矢量控制系统，是一种有效的对两台转子同轴的永磁同步电动机的协调控制方法，可以用于高功率密度的双定子，双转子特种电机的控制。

主权项

1，一种异频供电的永磁同步电动机矢量控制系统，其特征在于，含有：a，一个带轴接位置传感器的异频供电永磁同步电动机，由用不同频率供电的两台同轴但极对数不同的永磁同步电动机构成；b，第1逆变器和第2逆变器，各由集成化智能功率模块IPM构成，该IPM内部集成有6个IGBT单元及其驱动、保护电路，所述两个逆变器各自经2个霍尔相电流传感器与一个异频供电永磁同步电动机相连；c，第1信号调理电路和第2信号调理电路，各由电流-电压转换电路和滤波限幅电路相串联而成，两个信号调理电路的输入端各自与一台所述永磁同步电动机的两个霍尔电流传感器的输出端相连；d，一块数字集成电路含有：d1，第1PWM脉冲发生单元和第2PWM脉冲发生单元，各由DSP芯片构成，所述两个PWM脉冲发生单元各自的六路开关触发脉冲输出端分别通过一个隔离光耦电路与所述两个逆变器输入端相连，d2，位置检测单元，用于检测所述异频供电永磁同步电动机的转子位置角并计算转子速度，包括：d3，一个正交编码单元(QEP)，用于把所述位置传感器输出的正交编码脉冲信号转换为转子位置信号θm，该位置传感器是一个用于把所述异频供电永磁同步电动机的电机转速信号转换为正交编码脉冲的光电编码器；d4，第1乘法器，执行θm×p1＝θ1运算，用于把所述转速信号转换为极对数为p1的第1永磁同步电动机的电角度θ1；d5，第2乘法器，执行θm×p2+α0＝θ2运算，用于把所述转速信号转换为极对数为p2的第2永磁同步电动机的电角度θ2，其中，α0是所述第1永磁同步电动机d轴落后于第2永磁同步电动机d轴的电角度；d6，转子转速计算器，执行dθm/dt运算，用于输出异频供电永磁同步电动机的实际转速(Ωr)；d7，第1电流检测单元和第2电流检测单元，各为一个由abc坐标到dq坐标的坐标转换器：d71，所述第1电流检测单元执行以下运算：$\left[\begin{array}{c}{i}_{d1}\\ i_{q1}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{1}{\sqrt{3}}& \frac{2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\theta }_1& \sin {\theta }_1\\ -\sin {\theta }_1& \cos {\theta }_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{a1}\\ i_{b1}\end{array}\right],$ ia1，ib1是信号调理电路输出的abc坐标下的第1永磁同步电动机的两相电流，id1，iq1是第1电流检测单元输出的dq坐标下相应的dq轴电流，d72，所述第2电流检测单元执行以下运算：$\left[\begin{array}{c}{i}_{d2}\\ i_{q2}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{3}{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ \frac{1}{\sqrt{3}}& \frac{2}{\sqrt{3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos {\theta }_2& \sin {\theta }_2\\ -\sin {\theta }_2& \cos {\theta }_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{a2}\\ i_{b2}\end{array}\right],$ ia2，ib2是信号调理电路输出的abc坐标下的第2永磁同步电动机的两相电流，id2，iq2是第2电流检测单元输出的dq坐标下相应的dq轴电流，d8，第1电流控制单元和第2电流控制单元，各包括两个比较器、两个电流PI调节器和一个从dq坐标到αβ坐标的坐标转换器，其中：d81，第1电流控制单元包括：d811，第1比较器，执行iq1*-iq1运算，iq1*是第1台永磁同步电动机q轴参考电流，d812，第2比较器，执行id1*-id1运算，id1*是第1台永磁同步电动机d轴参考电流，设$i_{d1}^{*}=0,$ d813，第1电流PI调节器，是一个第1永磁同步电动机的q轴电流PI调节器，其输入端与所述第1比较器的输出端相连，输出控制电压参考值uq1*，d814，第2电流PI调节器，是一个第1永磁同步电动机的d轴电流PI调节器，其输入端与所述第2比较器的输出端相连，输出控制电压参考值ud1*，d815，一个所述dq/αβ坐标转换器，其输入信号是d，q轴控制电压参考值uq1*、ud1*，转子位置角θ1，输出是α、β轴控制电压参考值uα1*、uβ1*，，执行以下运算：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha 1}^{*}\\ u_{\beta 1}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\theta }_1& -\sin {\theta }_1\\ \sin {\theta }_1& \cos {\theta }_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{d1}^{*}\\ u_{q1}^{*}\end{array}\right],$ uα1*、uβ1*同时输往所述第1PWM脉冲发生单元输入端；d82，第2电流控制单元包括：d821，第3比较器，执行iq2*-iq2运算，iq2*是第2永磁同步电动机的q轴参考电流，d822，第4比较器，执行id2*-id2运算，id2*是第2永磁同步电动机的d轴参考电流，id2*设为0，d823，第3电流PI调节器，是一个第2永磁同步电动机的q轴电流PI调节器，其输入端与所述第3比较器的输出端相连，而输出控制电压参考值uq2*，d824，第4电流PI调节器是一个第2永磁同步电动机的d轴电流PI调节器，其输入端与所述第4比较器的输出端相连，而输出控制电压参考值ud2*，d825，第2个所述dq/αβ坐标转换器，其输入信号是所述d、q轴控制电压参考值uq2*、ud2*，和转子位置角θ2，输出是α、β轴控制电压参考值uα2*、uβ2*，执行以下运算：$\left[\begin{array}{c}{u}_{\alpha 2}^{*}\\ u_{\beta 2}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\theta }_2& -\sin {\theta }_2\\ \sin {\theta }_2& \cos {\theta }_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{d2}^{*}\\ u_{q2}^{*}\end{array}\right],$ uα2*、uβ2*同时输往所述第2PWM脉冲发生单元的输入；d9，一个速度控制单元，用于输出第1永磁同步电动机的q轴参考电流iq1*和d轴参考电流id1*，其中，$i_{d1}^{*}=0,$ 又输出第2永磁同步电动机的q轴的参考电流iq2*和d轴参考电流id2*，该速度单元包括：d91，第5比较器，执行Ωr*-Ωr，其中，Ωr*是参考转速值，Ωr是所述位置检测单元输出的实际转速值，d92，第5转速PI调节器，其输入端与所述第5比较器的输出端相连，而输出第1永磁同步电动机的q轴的参考电流iq1*，d93，一个转矩分配器，是一个乘法器，输入端与所述转速PI调节器的输出端相连，执行以下运算：$i_{q2}^{*}=i_{q1}^{*}\times K_{\mathrm{iq}2},$ 比例系数Kiq2为：$K_{\mathrm{iq}2}=\frac{p_1{\psi }_{f1}{T}_{N2}}{p_1{\psi }_{f2}{T}_{N1}},$ ψf1、ψf2分别为永磁体产生的励磁磁链，是一个定值，TN1、TN2分别是两台异频供电永磁同步电动机的不同额定转矩。