[发明专利]无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统及控制方法

权利要求书

1.无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统，包括同步磁阻电机，其特征在于：同步磁阻电机的输出分别与第一减法器和基于功率平衡的电流控制模块的输入相连接；单相输入电源模块的输出分别与输入电压相位锁相环、基于功率平衡的电流控制模块、基于母线电压控制的功率补偿模块和单相整流器的输入相连接，单相整流器的输出并联薄膜电容后分别与三相逆变器、基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；三相逆变器的输出分别与同步磁阻电机、Clark变换模块的输入相连接；Clark变换模块的输出与Park变换模块的输入相连接，Park变换模块的输出分别与第三减法器、第四减法器、基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；

所述输入电压相位锁相环的输出分别与基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块的输入相连接；基于功率平衡的电流控制模块的输出分别与第一乘法器和第二减法器的输入相连接；基于母线电压控制的功率补偿模块的输出分别与第五减法器和第六减法器的输入相连接；

所述第一减法器的输出与速度PI调节器的输入相连接，速度PI调节器的输出分别与第一乘法器和最大转矩电流比(MTPA)模块的输入相连接，第一乘法器的输出与第二减法器的输入相连接，第二减法器的输出与第三减法器的输入相连接，第三减法器的输出与电流控制器的输入相连接；最大转矩电流比(MTPA)模块的输出与第四减法器的输入相连接，第四减法器的输出与电流控制器的输入相连接；电流控制器的输出分别与第五减法器和第六减法器的输入相连接，第五减法器和第六减法器的输出均与IPark变换模块的输入相连接，IPark变换模块的输出经过空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)后与三相逆变器的输入相连接。

2.利用如权利要求1所述的无电解电容同步磁阻电机变频驱动系统进行同步磁阻电机的控制方法，其特征在于：

步骤1、通过两相采样电阻采集同步磁阻电机的两相电压，根据公式i＝u/R和i_a+i_b+i_c＝0获得三相坐标系下的两相实际电流i_a、i_b和i_c并输入到Clark变换模块；

步骤2、三相坐标系下的两相实际电流i_a、i_b和i_c经Clark变换得出实际静止两相坐标系下的α轴电流分量i_α、β轴电流分量i_β，并输出到Park变换模块；

步骤3、α轴电流分量i_a、β轴电流分量i_β经Park变换得出d轴电流i_d和q轴电流i_q，并将q轴电流i_q分别输出到第三减法器和基于母线电压控制的功率补偿模块，将d轴电流i_d分别输出到第四减法器、基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块；

步骤4、将单相输入电源模块输出的u_in分别输入到输入电压相位锁相环、基于功率平衡的电流控制模块、基于母线电压控制的功率补偿模块、单相整流器，并将单相输入电源模块输出的i_in分别输入到基于功率平衡的电流控制模块；

步骤5、单相整流器按式(3)获得直流侧母线电压值u_dc并分别输出到三相逆变器和基于母线电压控制的功率补偿模块；

其中，U_in是输入电压u_in的幅值，ω_in是输入电压u_in的角频率，θ_m为整流二极管的起始导通角，U_dcmin是直流侧母线电压值u_dc的最小值；

步骤6、输入电压相位锁相环根据步骤4输入的u_in计算获取输入电压的相位信息θ_in，并分别输出到基于功率平衡的电流控制模块和基于母线电压控制的功率补偿模块；

步骤7、基于功率平衡的电流控制模块根据步骤3输入的d轴电流i_d、步骤4输入的输入电压u_in和输入电流i_in、步骤6输入的输入电压的相位信息θ_in、同步磁阻电机的输出转速ω，经计算得出sin²ω_int和i_qc；然后将i_qc输出到第二减法器，将sin²ω_int输出到第一乘法器；

步骤8、基于母线电压控制的功率补偿模块根据步骤3输入的d轴电流i_d和q轴电流i_q、步骤4输入的输入电压u_in、步骤5输入的直流侧母线电压值u_dc、步骤6输入的输入电压的相位信息θ_in，经计算得出Δu_d和Δu_q，并将Δu_q输出到第五减法器，将Δu_d输出到第六减法器；

步骤9、将给定电机转速ω_ref输入到第一减法器；

步骤10、第一减法器按下式获得速度差值Δω并输出到速度PI调节器；

Δω＝ω_ref-ω (24)

其中，ω为同步磁阻电机的输出转速；

步骤11、速度PI调节器按下式获得T₀并分别输出到第一乘法器和最大转矩电流比(MTPA)模块：如下：

其中，L_d是直轴电感，L_q是交轴电感，ω_e为电机转速，p_n为极对数，U_in是输入电压u_in的幅值，I_in是输入电流i_in的幅值；

步骤12、第一乘法器经式(19)计算得出i_q0并输出到第二减法器：

步骤13、第二减法器经式(17)计算得出q轴给定电流i_qref并输出到第三减法器：

其中，C_dc是母线电容；

步骤14、第三减法器按式(26)计算得出Δi_q，并将Δi_q输出到电流控制器：

Δi_q＝i_qref-i_q (26)

步骤15、最大转矩电流比(MTPA)模块按式(27)计算得出d轴给定电流i_dref并输出到第四减法器：

步骤16、第四减法器按式(28)计算得出Δi_d并输出到电流控制器；

Δi_d＝i_dref-i_d (28)

步骤17、电流控制器按式(29)和式(30)分别计算得出初始q轴电压u_q0和初始d轴电压u_d0，并将初始q轴电压u_q0输出到第五减法器，将d轴电压u_d0输到第六减法器；

u_q0＝K_pΔi_q+K_i∫Δi_qdt (29)

u_d0＝K_pΔi_d+K_i∫Δi_ddt (30)

其中，K_p为电流控制器的比例系数，K_i为电流控制器的积分系数；

步骤18、第五减法器按式(31)计算得出q轴电压u_q并输出到IPark变换模块；

u_q＝u_q0-Δu_q (31)

步骤19、第六减法器按式(32)计算得出d轴电压u_d并输出到IPark变换模块：

u_d＝u_d0-Δu_d (32)

步骤20、IPark变换模块按式(32)计算得出α轴电压分量u_α和β轴电压分量u_β：

将u_a和u_β输出到空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)；

步骤21、空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)根据步骤20输入的u_α和u_β，通过判断合成适量所在扇区、计算各相邻矢量作用时间以及六桥臂导通时间及占空比，得到六路PWM信号，并将六路PWM信号输出到三相逆变器；

步骤22、三相逆变器根据步骤21输入的六路PWM信号和步骤5输入的直流侧母线电压值u_dc按式(34)计算得到电机各相相电压如下：

其中，u_an为同步磁阻电机A相相电压，u_bn为同步磁阻电机B相相电压，u_cn为同步磁阻电机C相相电压；三相逆变器电路中开关元件的通断状态定义如下：

将A、B、C三相相电压u_an、u_bn、u_cn输出到同步磁阻电机，实现无电解电容同步磁阻电机驱动控制。