[发明专利]一种不规则载波斜率随机调制的电机控制方法

说明书

本发明公开了一种不规则载波斜率随机调制的电机控制方法，所述方法实现包括：三相电机、电压源逆变桥、调制波产生模块、随机PWM产生模块四个部分。其中随机PWM产生模块通过比较不规则载波斜率随机时对应固定锯齿载波中随机变量的值，来计算一个周期内6路比较值的大小，然后利用计算得到的比较值与锯齿载波比较生成随机PWM脉冲。所述不规则载波斜率随机调制方法的实现无需外部附加电路，具有普适性，计算量小，易于工程实现；能够在保持采样频率不变的情况下将相电流频谱均匀分布在较宽的范围内，降低开关频率整数倍处的谐波幅值，达到抑制系统电磁干扰，降低电机高、低频振动的目的。

技术领域

本发明涉及一种不规则载波斜率随机调制的电机控制方法，属于电机控制领域。

背景技术

随着工业和科技水平的高速发展，电机运行时的振动噪声及电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)已成为当下重点关注和亟待解决的问题。电机变频供电时，脉宽调制控制会在电枢绕组中引入大量的电流谐波，使得电机在开关频率整数倍处产生明显的振动噪声，也会加剧电机电磁干扰，影响机电系统的整体性能。不同的电机控制方法，其相电流谐波幅值大小和分布规律不同，可通过优化电机控制方法抑制电机振动及电磁干扰等问题。

针对电机变频供电时产生的振动噪声及电磁干扰等问题，国内外进行了许多探讨。“基于矢量控制系统的双随机PWM技术研究”(见《中国电机工程学报》，第30卷36期，2010)提出了一种固定采样周期的零矢量－变延时随机PWM方法能够将电流频谱在较宽的范围内均匀分布，降低整数倍开关频率的谐波幅值，有效减小系统噪声和抑制电磁干扰，但该随机方法在电机高调制比时随机效果变差，且只对电机高频振动有抑制作用。“一种三角载波斜率随机分布脉宽调制方法”(CN 201610850686.2，2017)提出一种三角载波斜率随机脉宽调制方法，能够有效地分散原本集中于载波频率及其倍频附近的谐波，使原本较大的突出谐波幅值大为减小，有效抑制电力系统内部的电磁干扰问题，但该载波形式利用外部硬件电路生成，不具有普遍性，且采样频率与载波频率同步随机变化影响控制系统性能。

发明内容

本发明的目的是针对传统固定三角载波脉宽调制下电机相电流高、低频谐波幅值大，引起电机较大的高、低频振动及电磁干扰等问题，而提出的一种不规则载波斜率随机调制的电机控制方法，所述方法对电机振动的抑制效果明显，且采样频率恒定，易于工程实现，无需硬件辅助电路，具有普适性。

为实现所述控制方法，本发明采用如图1所示的系统来实现，包括：三相电机、电压源逆变桥、调制波产生模块、随机PWM产生模块。其中随机PWM产生模块输出6路PWM到电压源逆变桥，电机三相绕组与电压源逆变桥交流侧相连，指令给定信号R^*与反馈信号i_a、i_b、θ作为输入与调制波产生模块相连，调制波产生模块输出调制波T_a、T_b、T_c作为输入到随机PWM产生模块。对于调制波产生模块的控制指令R^*可以为转速n、转矩T、位置θ、频率f信号，不同的控制指令对应不同的电机控制方法。

对于随机PWM产生模块，包括：随机载波调制模块、比较值计算模块、PWM调制模块。其中，随机载波调制模块调制产生载波幅值2TR与随机变量TM并给到比较值计算模块、PWM调制模块作为输入，3路调制波T_a、T_b、T_c及2TR、TM经比较值计算模块输出比较值cva1、cva2、cva3、cvb1、cvb2、cvb3并与2TR、TM共同作为PWM调制模块的输入，PWM调制模块输出PWM作为电压源逆变桥的输入。

其中，所述随机载波调制模块中不规则随机载波为一种两边斜率k₁、k₂随机变化，但周期T_s恒定的非对称三角载波，斜率k₁、k₂与载波周期T_s、载波幅值TR之间的关系为：