[实用新型]基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统

说明书

本实用新型提出了基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统，包括三相交流电源模块，不可控整流模块，稳压滤波模块，三电平逆变电路，永磁同步电机，辅助电源模块，驱动电路，电流检测模块，位置与速度传感器，DSP控制器，JTAG电路，上位机，所述的三相交流电源模块，不可控整流模块，稳压滤波模块，三电平逆变电路和永磁同步电机顺序连接；能够使永磁同步电机调速性能好，误差小，电压基变更小，转矩脉动小，三电平逆变器的电路拓扑结构避免了功率开关器件直接串联引起的动态均压问题，同时降低了电压变化率，减少共模干扰，相应的提高了电机效率，更适合大容量大功率高电压的变频场合。

技术领域：

本实用新型属于永磁同步电机控制领域，具体涉及基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统。

背景技术：

永磁同步电机以高动态性能，高效率和轻量化等特点著称，永磁同步电机驱动系统除电机本身外，还包括逆变器，位置及速度传感器和控制器等组件。永磁同步电机主要由转子和定子两部分组成，其中定子由对称三相绕组和电枢铁芯组成，转子主要由转轴，永磁体及导磁轭铁构成。这就与传统的模型预测控制算法的滚动优化所需的在线计算时间较长产生了矛盾，因而限制了模型预测控算法的应用。随着采样周期的减小，传统模型预测控制算法的在线计算时间占整个采样周期的比例将逐渐增大，使得预测输出往往滞后于实际输出，从而偏离了预测的初衷，甚至在采样周期内无法完成计算，以致控制失效。

实用新型内容：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统，能够使永磁同步电机调速性能好，误差小，电压基变更小，转矩脉动小，更适合大容量大功率高电压的变频场合，从而降低了输出波形的谐波含量并且更平衡。由于开关器件在较低的工作频率下可以获得较好的波形，因此开关损耗低，效率高，电磁干扰大大减轻。

基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统，特征在于包括三相交流电源模块，不可控整流模块，稳压滤波模块，三电平逆变电路，永磁同步电机，辅助电源模块，驱动电路，电流检测模块，位置与速度传感器，DSP控制器，JTAG 电路，上位机，所述的三相交流电源模块，不可控整流模块，稳压滤波模块，三电平逆变电路和永磁同步电机顺序连接。作为本试验的优化，所述的基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述的DSP控制器包括ePWM 模块，A/D转换模块，park逆变换模块，park变换模块，clark变换模块和模型预测控制模块。作为本试验的优化,所述的基于三电平模型预测的永磁同步电机控制系统，其特征在于所述的三电平逆变电路为二极管钳位型逆变电路。作为本试验的优化,所述的DSP控制器其特征在于：三电平逆变电路的输出通过电流检测模块经过A/D转换模块与clark变换模块相连，clark变换模块的输出通过park 变换模块与模型预测控制模块相连，位置与速度传感器与永磁同步电机同轴安装，其位置输出通过A/D转换模块与模型预测控制模块相连，速度输出与模型预测控制模块相连并给park变换模块和park逆变换模块提供转子转角位置信息，辅助电源模块的输入与稳压滤波模块的输出相连。它为包括DSP控制器和驱动电路供电，模型预测控制模块的输出通过park逆变换模块与ePWM模块连接，ePWM模块的输出通过驱动电路与三电平逆变电路的控制端连接，上位机和DSP 控制器之间通过JTAG电路连接，用于对DSP进行调试。作为本试验的优化,所述的三电平逆变器其特征在于所述的三电平逆变器包括三相桥臂，a相包括相互串联的开关元件Ta1，开关元件Ta2，开关元件Ta3，开关元件Ta4；b相包括相互串联的开关元件Tb1，开关元件Tb2，开关元件Tb3，开关元件Tb4；c相包括相互串联的开关元件Tc1，开关元件Tc2，开关元件Tc3，开关元件Tc4。其中 Ta1和二极管Sa1并联，Ta2和二极管Sa2并联，Ta3和二极管Sa3并联，Ta4和二极管Sa4并联；Tb1和二极管Sb1并联，Tb2和二极管Sb2并联，Tb3和二极管Sb3并联，Tb4和二极管Sb4并联；Tc1和二极管Sc1并联，Tc2和二极管Sc2 并联，Tc3和二极管Sc3并联，Tc4和二极管Sc4并联，且二极管Da1,二极管 Da2串联后并联在Ta2和Ta3两端,且二极管Db1,二极管Db2串联后并联在Tb2 和Tb3两端,且二极管Dc1,二极管Dc2串联后并联在Tc2和Tc3两端,三相桥臂分别与PMSM连接，电容C1和C2串联后与三相桥臂并联。作为本试验的优化，所述的三电平逆变器其特征在于所述的三电平逆变器包括三相桥臂，A相包括相互串联的开关元件Ta1，开关元件Ta2，开关元件Ta3，开关元件Ta4；B相包括相互串联的开关元件Tb1，开关元件Tb2，开关元件Tb3，开关元件Tb4；C相包括相互串联的开关元件Tc1，开关元件Tc2，开关元件Tc3，开关元件Tc4。其中Ta1和二极管Sa1并联，Ta2和二极管Sa2并联，Ta3和二极管Sa3并联，Ta4 和二极管Sa4并联；Tb1和二极管Sb1并联，Tb2和二极管Sb2并联，Tb3和二极管Sb3并联，Tb4和二极管Sb4并联；Tc1和二极管Sc1并联，Tc2和二极管Sc2并联，Tc3和二极管Sc3并联，Tc4和二极管Sc4并联。且二极管Da1,二极管Da2串联后并联在Ta2和Ta3两端,且二极管Db1,二极管Db2串联后并联在 Tb2和Tb3两端,且二极管Dc1,二极管Dc2串联后并联在Tc2和Tc3两端,三相桥臂分别与PMSM连接，电容C1和C2串联后与三相桥臂并联。