[发明专利]基于双向准Z源的双PWM电机驱动控制系统

权利要求书

1.一种基于双向准Z源的双PWM电机驱动控制系统，其特征为该系统的组成包括控制器、驱动器、基于双向准Z源的双PWM拓扑单元、永磁同步电机和数据处理器；

其中，基于双向准Z源的双PWM拓扑单元与数据处理器的输入相连；数据处理器的输出和控制器的输入相连；控制器的输出与驱动器的输入相连；驱动器的输出与基于双向准Z源的双PWM拓扑单元相连；基于双向准Z源的双PWM拓扑单元、数据处理器的输入分别与永磁同步电机相连；

所述控制器的组成包括A\D转换模块和DSP模块；A\D转换模块与DSP模块连接；

所述驱动器的组成包括电源模块、电平转换模块和驱动模块；所述电源模块、电平转换模块和驱动模块依次串联；

所述基于双向准Z源的双PWM拓扑单元包括三相全桥整流模块，准Z源模块，逆变模块；其中，三相全桥整流模块、准Z源模块、逆变模块依次连接；

所述三相全桥整流模块包括三相网侧电压e_k(k＝a,b,c)、3个网侧电感L_s、3个网侧等效电阻R_s、6个IGBT开关管S₁-S₆；所述网侧电压e_k(k＝a,b,c)的每一相与一个网侧等效电阻R_s、一个网侧电感L_s串联，三个网侧电感L_s的另一端分别与A、B、C三点连接；IGBT开关管S₁的发射极和IGBT开关管S₄的集电极相连于A点,IGBT开关管S₃的发射极和IGBT开关管S₆的集电极相连于B点，IGBT开关管S₅的发射极和IGBT开关管S₂的集电极相连于C点，IGBT开关管S₁、S₃、S₅的集电极相连，IGBT开关管S₄、S₆、S₂的发射极相连；所述准Z源模块包括2个电感L₁、L₂，3个电容C₀、C₁、C₂，IGBT开关管S_T，所述IGBT开关管S_T的发射极与电感L₁的一端连接，S_T的集电极分别与电感L₂、电容C₁的一端连接，所述电感L₁的另一端与电容C₀的一端连接，所述电感L₂的另一端与电容C₂的一端连接，所述电容C₂的一端还与三相全桥整流模块的IGBT开关管S₁、S₃、S₅的集电极相连，所述电容C₂的另一端与电感L₁的一端连接；所述电容C₀、C₁的另一端连接并与三相全桥整流模块的IGBT开关管S₄、S₆、S₂的发射极、逆变模块的IGBT开关管S₁₀、S₁₂、S₈的发射极相连；所述逆变模块包括6个IGBT开关管S₇-S₁₂,S₇的发射极和S₁₀的集电极相连于D点,S₉的发射极和S₁₂的集电极相连于E点，S₁₁的发射极和S₈的集电极相连于F点，S₇、S₉、S₁₁的集电极相连，所述L₁的另一端还与S₇、S₉、S₁₁的集电极相连，S₁₀、S₁₂、S₈的发射极相连,逆变模块中IGBT开关管S₁₀、S₁₂、S₈的发射极与准Z源模块的电容C₀、C₁的一端连接；D、E、F三点分别与永磁同步电机的三相连接；

所述的数据处理器的组成包括传感器模块，采样模块，运算放大模块；其中，传感器模块，采样模块，运算放大模块依次连接；传感器模块分别与永磁同步电机、基于双向准Z源的双PWM拓扑单元的输出连接，运算放大模块的输出与DSP模块的输入连接。

2.如权利要求1所述的基于双向准Z源的PWM电机驱动控制系统的控制方法，其特征为该方法包括以下步骤：

(1)当开始时，系统初始化，基于双向准Z源的双PWM拓扑单元中的准Z源模块中的电容C₀的电压参考值U_C0^*、电容C₁的电压参考值U_C1^*、q轴电流参考值i_q^*、D轴电流参考值i_D^*、转速的参考值n^*均为默认值0；

(2)控制参数设置：在控制器中的DSP模块设定基于双向准Z源的双PWM拓扑单元中的准Z源模块电容C₀的电压的参考值U_C0^*、电容C₁的电压的参考值U_C1^*、基于双向准Z源的双PWM拓扑单元中的整流模块q轴电流参考值i_q^*、基于双向准Z源的双PWM拓扑单元中的逆变模块D轴电流参考值i_D^*，以及基于双向准Z源的双PWM拓扑单元的升压或降压模式，设定好之后DSP模块对相关参数进行保存；

(3)控制器中的DSP模块进行闭环控制：通过公式(1)和(2)，控制器的DSP模块进行计算得到所需要的四个变量V_d、V_q、U_D、U_Q，然后DSP模块经过进一步计算，生成所需要的PWM信号：

新的d轴与q轴电压分量为V_d、V_q的得出；

其中，V_d、V_q为控制后的新的d轴和q轴的电压分量，u_d和u_q为原始的d轴和q轴的电压分量，f为网侧频率，L_s为网侧电感，i_d、i_q为d、q轴电流分量,i_d^*-i_d进行PI控制后的输出计为u_derr,i_q^*-i_q进行PI控制后的输出计为u_qerr；

通过该公式的计算得到的d轴与q轴电压分量以及将生成的占空比D经过控制生成7路PWM信号；

新的D轴和Q轴电压分量的得出：

其中，U_D、U_Q为控制后的D轴和Q轴分量，ω_e永磁同步电机电角度，ψ为磁链，i_D^*-i_D进行PI控制后的输出计为U_Derr，i_Q^*-i_Q进行PI控制后的输出计为U_Qerr，L_d、L_q分别为d轴电感和q轴电感；

通过该公式计算得到的D轴与Q轴电压以及电容C₀的电压U_C0经过控制生成6路PWM信号；

(4)控制器生成的13路PWM信号传输至驱动器的电平转换模块，然后将信号进行电平转化后传给驱动模块；

(5)驱动器中的驱动模块将信号通过信号线传输至基于双向准Z源的双PWM拓扑单元的IGBT开关管S₁-S₁₄、S_T的门极，从而得到驱动功率开关管IGBT的开通时间(T₀)及关断时间(T-T₀)；进而得到占空比信号D；根据U_C0＝V_inD，数据处理器检测基于双向准Z源的PWM拓扑单元中准Z源模块电容C₀的电压U_C0，判断是否达到所设定的升压或者降压模式，如果步骤(2)设定的升降压模式，是将电容C₀的电压U_C0与三相不可控整流540V进行比较；高于540为升压模式，低于540为降压模式；如果达到则进行下一步；如果没达到则需要返回到步骤(2)；

其中，占空比D＝T₀/T，T为周期；T₀为一个周期内开通时间，T-T₀为一个周期内关断时间；

(6)永磁同步电机正常运行；

(7)永磁同步电机运行结束后，如果进行下次实验，则返回到步骤(2)；如果不需要进行下次实验，则停止，然后系统停止工作。