一種減少直流側(cè)電容的交流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種交流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及控制方法，特別是關(guān)于一種在交流電機 控制技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的減少直流側(cè)電容的交流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著交流電機驅(qū)動技術(shù)與電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于工業(yè)、航空航天及家電等各領(lǐng)域。如圖1所示，目前常用的交流電機驅(qū)動系統(tǒng)為了維持恒 定的母線電壓，一般在直流母線上均具有較大容量的母線電容。但是，大容量母線電容的存 在給系統(tǒng)帶來了 W下問題:首先，大型直流電容一般采用電解電容，其壽命一般較短，因而， 電解電容的存在嚴重影響整體系統(tǒng)壽命。目前交流電機驅(qū)動系統(tǒng)中的電解電容的壽命通常 只有1萬小時，比如在家電應(yīng)用領(lǐng)域，相對于家電4-5萬小時的壽命，電解電容已成為制約交 流電機驅(qū)動系統(tǒng)壽命的主要因素。其次，大量直流母線電容會顯著增加系統(tǒng)的體積重量和 成本。另外，大量直流電容的存在使得電容電壓幾乎恒定，因而整流橋二極管的導通角較 小，致使系統(tǒng)功率因數(shù)較低，需要增加前級功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)才可W接入電網(wǎng)。目前，如何 減小甚至去除直流側(cè)電容，已經(jīng)成為交流電機驅(qū)動系統(tǒng)研究的熱點問題之一。
[0003] 目前已提出一些解決上述問題的方法，最為常用的一類方法是采用其他類型電容 替代傳統(tǒng)電解電容。例如，薄膜電容的壽命較電解電容的壽命長，具有壽命長、耐壓高、電流 承受能力強、能承受反壓、無酸污染并且可長時間存膽等諸多優(yōu)點，而且在體積上也明顯小 于電解電容方案，因此常采用薄膜電容替代電解電容。但上述方案同樣要用到直流電容，且 薄膜電容成本也不低，并不能真正解決運一問題。
[0004] 另一類方法是通過控制策略減少對直流母線電容的依賴，目前來看，對減少直流 側(cè)電容的交流電機驅(qū)動系統(tǒng)控制策略研究主要集中在如下兩個方面：1、不考慮前級網(wǎng)側(cè)電 磁兼容性的要求，從電機控制的角度較少母線電壓波動對電機控制性能的影響。如基于諧 波電流注入方法的系統(tǒng)控制方法，平均電壓限制法，直軸和交軸電流調(diào)制方法等。但是，上 述方法由于忽略了電網(wǎng)諧波、功率因數(shù)等電磁兼容性方面的要求，不具有實際應(yīng)用價值。2、 綜合考慮前級EMI電感的影響，研究交流電機驅(qū)動系統(tǒng)控制策略。由于在母線電容變小后， 前級電感將與電容產(chǎn)生諧振，因而，考慮電感影響后，控制器設(shè)計將更為困難。一方面要滿 足電機轉(zhuǎn)速要求，交流輸入側(cè)功率因數(shù)要求，另一方面還要抑制LC諧振。目前提出的控制方 法主要有如下兩種：（1)給定與輸入電壓相位一致的給定功率，同時對逆變器輸出功率進行 閉環(huán)控制，在功率閉環(huán)控制方法中，首先對系統(tǒng)功率低通濾波，然后對系統(tǒng)功率進行閉環(huán)控 審IJ，進而實現(xiàn)對輸入電流的控制。（2)給定與輸入電壓相位一致的母線電流，同時，對母線電 流進行閉環(huán)控制。如采用PR控制器對母線電流進行閉環(huán)控制，采用重復(fù)控制策略對逆變器 母線電流進行了閉環(huán)控制。但是，在逆變器電機驅(qū)動系統(tǒng)中，由于逆變橋的開關(guān)特性，因而 母線電流和功率并不連續(xù)。此外，上述方法均需要對母線電流和功率進行截止頻率較低的 濾波，因而系統(tǒng)較大的延時不可避免。同時，由于對電流電壓缺乏控制，母線電壓容易變負， 從而影響系統(tǒng)的可靠性。因此對減少或取消直流側(cè)電容的交流電機驅(qū)動系統(tǒng)控制策略的研 究仍存在許多問題，缺乏能實際應(yīng)用的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種減少直流側(cè)電容的交流電機驅(qū)動控制系 統(tǒng)及控制方法，用于減少或取消直流側(cè)電容，從而減小系統(tǒng)體積重量，降低成本。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取W下技術(shù)方案:一種減少直流側(cè)電容的交流電機驅(qū) 動控制方法，W傳統(tǒng)永磁同步電機為例，其特征在于包括W下步驟:1)設(shè)置一包括交流電機 的驅(qū)動系統(tǒng)、交流電機、電流傳感器、坐標變換模塊、位置傳感器、轉(zhuǎn)速計算模塊、比較器、速 度環(huán)PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)、電容電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器、q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、 SVP麗模塊和逆變器的控制系統(tǒng)；2)電流傳感器將檢測到的永磁同步電機的定子電流ia、ic 傳輸至坐標變換模塊內(nèi)，進行abc/地的坐標變換，得到兩相靜止坐標系下的電流分量ia、ie; 3)在坐標變換模塊內(nèi)，根據(jù)接收到的由位置傳感器傳輸至的永磁同步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過的電 角度9,對兩相靜止坐標系下的電流分量ia、ie再進行aP/dq坐標變換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)dq 坐標系下的電流檢測值id、iq;4)永磁同步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過的電角度0輸入至轉(zhuǎn)速計算模塊 內(nèi)，對電角度0進行微分，得到轉(zhuǎn)速反饋值5)將步驟4)得到的轉(zhuǎn)速反饋值CO與預(yù)先給定 的轉(zhuǎn)速指令值《氣俞入至速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)過運算處理得到轉(zhuǎn)矩指令值《;6巧E動系統(tǒng)的 交流輸入電壓傳輸至鎖相環(huán)后，獲得其當前電壓相位^ ;.7)根據(jù)步驟5)中得到的轉(zhuǎn)矩指令 值夢和步驟6)得到的當前輸入電壓相位@，W及采集到的電容電壓反饋值U。和轉(zhuǎn)速反饋值 O，根據(jù)功率守恒原理，得到給定母線電流指令4聲)根據(jù)步驟6)得到的當前電壓相位0，計 算當前電容電壓給定值ucref%9)將步驟8)得到的電容電壓給定值UCref可日電容電壓反饋值Uc 作為電容電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過運算處理得到電流參考值<_;1〇)根據(jù)步驟8)中電容 電壓給定值計算得到電容補償電流4 ;11)將給定母線電流指令4、電流參考值4、電容補 償電流4相加得到總的給定母線電流z': ： C =<1 在；12)根據(jù)步驟11)中得到的給定母線 電流（，利用功率守恒原理計算得到最終的轉(zhuǎn)矩給定值根據(jù)步驟12)中的轉(zhuǎn)矩給定 值這。f,結(jié)合當前電機轉(zhuǎn)速，利用弱磁算法對d軸、q軸電流進行分配，得到d軸電流指令值4 和q軸電流指令值弓;14)將電流指令值<、電流指令值C分別與電流檢測值iq、id比較，比較值 分別作為第=PI調(diào)節(jié)器內(nèi)q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過運算處理 分別得到q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器、d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出，即參考電壓<、4,15)將參考 電壓<、《;和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過的電角度巧俞入到SVPWM模塊，由SVPWM模塊計算出S相PWM占空 比，并將輸出的相應(yīng)的=相PWM波形輸入到逆變器，由逆變器根據(jù)相應(yīng)的=相PWM波形輸出 =相電壓到永磁同步電機，驅(qū)動永磁同步電機工作。
[0007] 所述步驟7)中，給定母線電流指令i:,
[0008] 所述步驟8 )中，當前電容電壓給定值UCref*為：
[0010] 式中，Uo為驅(qū)動系統(tǒng)中的交流輸入電壓幅值。
[0011] 所述步驟10)中，電容補償電流4:
[001引所述步驟12)中，轉(zhuǎn)矩給定值C ;
[0015] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供另一種技術(shù)方案：一種減少直流側(cè)電容的交流電 機驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于包括:交流電機的驅(qū)動系統(tǒng)、交流電機、電流傳感器、坐標變換 模塊、位置傳感器、轉(zhuǎn)速計算模塊、比較器、第一 PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)、第二PI調(diào)節(jié)器、第=PI調(diào) 節(jié)器、SVPWM模塊和逆變器;所述交流電機的驅(qū)動系統(tǒng)輸出端與所述交流電機輸入端之間設(shè) 置有所述電流傳感器和位置傳感器，所述電流傳感器將采集到的定子電流傳輸至所述坐標 變換模塊內(nèi)，得到靜止坐標系下的電流分量;所述位置傳感器將檢測到的電角度分別傳輸 至所述坐標變換模塊和轉(zhuǎn)速計算模塊內(nèi)，所述坐標變換模塊將靜止坐標系下的電流分量坐 標變換為同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流檢測值，并輸入比較器內(nèi)；所述轉(zhuǎn)速計算模塊將電角度 計算得到轉(zhuǎn)速反饋值;所述轉(zhuǎn)速反饋值與預(yù)先給定的轉(zhuǎn)速指令值輸入所述第一 PI調(diào)節(jié)器 內(nèi)，運算后