[发明专利]一种基于多d-q变换的多相永磁同步推进电机建模方法

说明书

本发明提供一种基于多d‑q变换的多相永磁同步推进电机建模方法，包括以下：建立6相永磁同步电机模型，包括定子电压方程、定子磁链方程、电磁转矩方程和转子运动方程；对模型进行d‑q坐标变换，得到6相同步电机的双d‑q变换矩阵；根据双d‑q变换矩阵得到d‑q坐标系下的6相永磁同步电机定子电压方程和定子磁链方程；根据d‑q坐标系下的定子电压方程和定子磁链方程，得到d‑q坐标系下的6相永磁同步电机的电磁转矩；将双d‑q变换矩阵进行扩展，得到多d‑q变换矩阵；根据多d‑q变换矩阵，得到多相永磁同步电机定子电压方程和定子磁链方程，进而得到多相永磁同步电机的电磁转矩。本发明提供的有益效果是：简单有效、易于实现，且成功解决了多套绕组之间的耦合难题。

技术领域

本发明涉及动力系统建模领域，尤其涉及一种基于多d-q变换的多相永磁同步推进电机建模方法。

背景技术

包括核动力在内的新一代军用舰船，普遍采用电力推进及综合电力系统。作为一种油电混合的动力装置，柴电-燃联合动力装置是全新动力形式，它将电动机作为推进系统的主要设备之一，合理选用与最佳配置电动机将很大程度上决定推进系统的稳定性和安全性。理论研究与运行实践均表明，多相推进电机具有以下几个优点：第一，在像舰船独立配电网系统这样，供电电压受限的场合下，多相同步电机可以实现低压大功率输出；第二，鉴于相数的冗余性，大大提高推进系统的容错率，进而极大地提升驱动系统的可靠性；第三，输出转矩脉动状况将随着电机相数的增加而大幅度改善，尤其是在低转速工况下，极大地降低系统噪声并改善振动状况；第四，多相同步电机有更多的控制量，理论上拥有更多的控制潜力。因此，多相推进电机的研究在可靠性要求极高的舰船电力推进系统中具有重要价值。

由于多相同步电机应用广泛，市场需求大，许多学者在多相同步电机驱动控制系统的设计与建模方面投入大量心血。对比分析发现多相同步电机的建模方法主要有两种：

其一，将每一套三相绕组看成一个独立的模块，采用d-q变换方法，每一套三相绕组之间的耦合关系体现在电磁转矩的合成计算上，此方法适用于相数为三的倍数的同步电机建模分析方面；

其二，通过静止坐标变换将各变量分解到实现机电能量转换的α-β平面和其它谐波子空间，再通过坐标变换得到旋转坐标系下的d-q分量，旨在实现多相同步电机绕组之间的完全解耦，因此，该方法可以拓展到任意相数的同步电机的建模分析方面。

经过详细调研结合工程实践得知，国内对多相同步电机的建模方法，大多基于三相模型进行拓展，如：双三相双Y型移相30°的永磁同步电机的建模；在矢量控制解耦的基础上，出现了最大四矢量SVPWM调制技术和正交矢量空间多维SVPWM等控制方法，并在实际的运行环境中也取得了较好的控制效果。不过，随着多相同步电机的控制矢量维数的不断增加，导致控制器模型越来越复杂，运算量陡增，控制难度增大。因此需要基于多相同步电机数学模型，找到更适合多相永磁同步电机的仿真与建模方法。

为了适应对称多相同步电机SPWM控制策略，得到平稳且快速的转速和转矩控制，需要快速构建柴电-燃联合动力系统多相永磁同步推进电机的仿真模型。

发明内容

有鉴于此，本发明主要解决了舰船动力系统中多相永磁同步电机绕组之间解耦的问题，提出了一种基于多d-q变换的多相永磁同步推进电机建模方法。该方法以6相对称同步电机的数学模型为例，并以18相永磁同步推进电机的建模方法进行示例分析，还借助MATLAB软件的Simulink仿真环境，搭建了它的仿真模型，且基于三相电流跟踪SPWM控制策略，拓展到多相SPWM控制，该方法简单有效、易于实现，且成功解决了多套绕组之间的耦合难题。

本发明提出的一种基于多d-q变换的多相永磁同步推进电机建模方法中，所述多相永磁同步推进电机为对称式，由n套三相同步电机结合，每套同步电机绕组相位差之间相差120°，相邻套同步电机之间相位差相差360°/n，n为6，且为正整数；建模方法具体如下：