[发明专利]三相四桥臂永磁同步电动机控制系统及控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种三相四桥臂永磁同步电动机控制系统及控制方法。

背景技术：

传统的三相三桥臂主电路拓扑结构采用电压空间矢量调制(SVPWM)技术还能减小绕组电流的谐波含量、提高直流母线电压的利用率，从而使电机转矩脉动降低、拓宽电机的调速范围。然而，这种传统的拓扑结构在缺相或单相断路故障时，将难以维持系统安全可靠运行，因此，限制其在航空、航天、航海、防爆等对控制系统冗余性、可靠性有严格要求的场合，大大限制其应用领域。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三相四桥臂永磁同步电动机控制系统及控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，其组成包括:主电路，所述的主电路的220V单相交流输入与单相整流电路连接，所述的单相整流电路与四桥臂逆变器连接，所述的四桥臂逆变器通过桥臂A、桥臂B、桥臂C、桥臂D与永磁同步电动机连接，所述的桥臂A、桥臂B、桥臂C与电流采样电路连接，所述的永磁同步电动机与光电码盘。

所述的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，所述的光电码盘与控制电路的QEP单元连接，所述的QEP单元与PI控制器D连接，所述的电流采样电路与A/D模块连接，所述的A/D模块、所述的QEP单元通过坐标变换分别与PI控制器A、PI控制器B、PI控制器C连接，所述的PI控制器D与速度控制器连接，所述的速度控制器与所述的PI控制器A连接，所述的PI控制器A、PI控制器B、PI控制器C共同与电流控制器连接，所述的电流控制器与3D-SVPWM控制连接，所述的3D-SVPWM控制与光电隔离驱动电路连接，所述的光电隔离驱动电路与所述的四桥臂逆变器连接。

所述的三相四桥臂永磁同步电动机控制系统，数码显示管与SPI单元连接，上位机与SCI单元连接，键盘与I/O单元B连接，故障检测单元与I/O单元A连接。

一种三相四桥臂永磁同步电动机控制系统控制方法:

（1）永磁同步电机的工作方法：

式中为三相定子绕组通电流合成矢量、为永磁体磁链，为与轴的夹角，为轴与相轴的夹角。

ABC坐标系到坐标系的变换（Clarke变换）为

                   (1)

对应的逆变换（Clarke^-1变换）为

                   (2)

坐标系到坐标系的变换（Park变换）为

                    (3)

对应的逆变换（Park^-1变换）为

                    (4)

式中，q_r为电角度。

系统采用凸装式永磁同步电动机，可认为交直轴等效电感相等，即L_q=L_d。这样PMSM的电压方程为

                    (5)

式中，i_X、u_X、e_X分别为相电流、相对直流侧中点的电压、相感应电动势(X可以是A、B、C中的一个)；u_N为电动机中性点对第四桥臂中点的电压；r为定子电阻，L和M为定子绕组自感和互感。中线电流i_N为

                         (6)

利用坐标变换，将PMSM的电压方程(5)变换到dq0坐标系中，有

              (7)

                       (8)

                (9)

电磁转矩为

                         (10)

运动方程为

                      (11)