零移相角双三相永磁同步电机控制方法

本发明涉及一种基于电流重构的零移相角双三相永磁同步电机控制方法，属于电机驱动领域。

背景技术：

1、大功率应用场合需要面对功率器件的耐压耐流高、电磁振动噪声大、重量体积大等问题，双三相永磁同步电机(dual three phase permanent magnet synchronousmotor,dtp-pmsm)因其具备高效能、低噪音、高可靠性、高功率密度等优点，能够成为上述问题的优选解决方案。无相移双三相永磁同步电机，两套三相绕组之间不存在移相角，因此结构设计简洁、制造复杂度低，在双三相永磁同步电机领域中占据主导地位。

2、在电机控制中，为实现精确控制，需要采集电机的相电流信息。对于dtp-pmsm，需要采集六个相电流信息。传统的相电流信息采集方法通常是在对应的相线之间插入电流传感器，但这种方法不仅增加了硬件成本，也增加了驱动器本身的体积以及硬件结构的复杂度。为了降低硬件成本和提高系统可靠性，研究人员开始探索使用单个电流传感器对多相电机的相电流进行重构。同时dtp-pmsm驱动系统通过单电流传感器完成相电流重构的穿孔支路数量存在进一步优化的空间。

3、随着技术进步，电驱系统不再局限于功能性需求，对电机振动噪声的要求也越来越高。近年来，国内外学者对高频pwm谐波抑制技术进行了广泛研究，主要方法包括：前级直流变换母线调压、硬件滤波、随机频率脉宽调制算法、载波移相技术等。传统dtp-pmsm电磁振动噪声抑制方案并未考虑到电流重构，难以与电流重构相配合构成完整的驱动系统，存在进一步优化的空间。

4、电驱系统设计初衷是使用尽可能少的相电流与输出功率，完成电机出力。然而在实际应用中由于电机转角位置采集系统的延迟特性使得控制环路用于变换的位置信息存在偏差，进而导致无功电压增大，增加了相同转矩出力下的电流。为此，国内外学者提出多种补偿方法。然而由于零移相角dtp-pmsm实际中的两套三相绕组绕线位置存在偏差，给dtp-pmsm旋变延时补偿带来了新挑战。

5、现有技术的缺陷：dtp-pmsm电流重构控制系统需要单电流传感器穿孔三条以上支路；零移相角dtp-pmsm两套三相绕组存在差异，旋变延迟难以统一规划补偿；传统零相移dtp-pmsm驱动系统振动抑制难以兼容电流重构策略。

6、dtp-pmsm电流重构控制需要单电流传感器穿孔三条以上支路；零移相角dtp-pmsm两套三相绕组存在差异，旋变延迟难以统一规划补偿；传统零相移dtp-pmsm驱动系统振动抑制难以兼容电流重构策略。

技术实现思路

1、针对dtp-pmsm电流重构控制需要单电流传感器穿孔三条以上支路的问题，本发明提供一种穿孔两条的基于电流重构的零移相角双三相永磁同步电机控制方法。

2、本发明的一种零移相角双三相永磁同步电机控制方法，包括：

3、根据利用单电流霍尔传感器采集零移相角双三相永磁同步电机第一套三相绕组的a、b两相下桥臂之间电流与第二套三相绕组的x、y两相上桥臂之间电流之和isample的采样方式、调制方式和零移相角双三相电机两套绕组空间分布特点，构建重构区域，并构造各重构区域的零移相角双三相永磁同步电机的六相电流重构表达式；

4、根据参考电压矢量所在的重构区域和实时采集的isample，选择相应的六相电流重构表达式，重构六相电流；

5、根据重构的六相电流对零移相角双三相永磁同步电机进行控制。

6、作为优选，构建重构区域包括：

7、sa、sb、sc、sx、sy、sz分别为零移相角双三相永磁同步电机的六相桥臂开关函数，取值为0是代表桥臂下管导通，取值为1代表桥臂上管导通；

8、sa＝0、sb＝0、sc＝0或sx＝0、sy＝0、sz＝0时对应电压矢量u0；

9、当sa＝1、sb＝0、sc＝0或sx＝1、sy＝0、sz＝0时对应电压矢量u1；

10、当sa＝1、sb＝1、sc＝0或sx＝1、sy＝1、sz＝0时对应电压矢量u2；

11、当sa＝0、sb＝1、sc＝0或sx＝0、sy＝1、sz＝0时对应电压矢量u3；

12、当sa＝0、sb＝1、sc＝1或sx＝0、sy＝1、sz＝1时对应电压矢量u4；

13、当sa＝0、sb＝0、sc＝1或sx＝0、sy＝0、sz＝1时对应电压矢量u5；

14、当sa＝1、sb＝0、sc＝1或sx＝1、sy＝0、sz＝1时对应电压矢量u6；

15、当sa＝1、sb＝1、sc＝1或sx＝1、sy＝1、sz＝1时对应电压矢量u7；

16、u1与u2在空间中包围而成的区域为扇区ⅰ；

17、u2与u3在空间中包围而成的区域为扇区ⅱ；

18、u3与u4在空间中包围而成的区域为扇区ⅲ；

19、u4与u5在空间中包围而成的区域为扇区ⅳ；

20、u5与u6在空间中包围而成的区域为扇区ⅴ；

21、u6与u1在空间中包围而成的区域为扇区ⅵ；

22、分别取扇区ⅰ至扇区ⅵ内的中分线；

23、扇区ⅰ的中分线与扇区ⅵ的中分线包围而成的区域为重构区域g1；

24、扇区ⅱ的中分线与扇区ⅰ的中分线包围而成的区域为重构区域g2；

25、扇区ⅱ的中分线与扇区ⅲ的中分线包围而成的区域为重构区域g3；

26、扇区ⅲ的中分线与扇区ⅳ的中分线包围而成的区域为重构区域g4；

27、扇区ⅳ的中分线与扇区ⅴ的中分线包围而成的区域为重构区域g5；

28、扇区ⅴ的中分线与扇区ⅵ的中分线包围而成的区域为重构区域g6；

29、重构区域g1包括g1-ⅰ和g1-ⅱ，扇区ⅵ的中分线与电压矢量u1包围而成的区域为g1-ⅰ，扇区ⅰ的中分线与电压矢量u1包围而成的区域为g1-ⅱ；

30、重构区域g4包括g4-ⅰ和g4-ⅱ，扇区ⅲ的中分线与电压矢量u4包围而成的区域为g4-ⅰ，扇区ⅳ的中分线与电压矢量u4包围而成的区域为g4-ⅱ。

31、作为优选，构造各重构区域的零移相角双三相永磁同步电机的六相电流重构表达式为：

32、

33、

34、

35、其中，abc-ui xyz-uj表示开关周期内第一套三相绕组abc对应电压矢量为ui；开关周期内第一套三相绕组xyz对应电压矢量为uj，i＝0,1,2,3,4,5,6，j＝0,1,2,3,4,5,6；

36、i1、i2、i3、i4分别表示四个采样矢量组合采样到的电流；

37、ia表示第一套三相绕组abc中a相的电流；

38、ib表示第一套三相绕组abc中b相的电流；

39、ic表示第一套三相绕组abc中c相的电流；

40、ix表示第二套三相绕组xyz中x相的电流；

41、iy表示第二套三相绕组xyz中y相的电流

42、iz表示第二套三相绕组xyz中z相的电流。

43、作为优选，所述s3包括：

44、根据零移相角双三相永磁同步电机的工况，对电机的初始位置角θ0进行旋变补偿，得到旋变补偿后的实际转速；

45、将电机给定转速与补偿后的实际转速ωm作差送入转速控制器asr-pi，得到电机转矩电流给定值；

46、将重构的六相电流进行两组clark-park变换得到双dq坐标系下的电流反馈值，包括电机转矩电流反馈值iq1、iq2、电机磁链电流反馈值id1、id2；

47、将电机转矩电流给定值和电流反馈值作差送入电流环控制器acr-pi，进而得到两套三相绕组的电压给定值，包括转矩电压给定值uq1、uq2、磁链电压给定值ud1、ud2；

48、根据得到的电压给定值进行重构混合脉冲宽度调制rhpwm，进而产生两套三相绕组的驱动信号，完成驱动控制。

49、作为优选，进行旋变补偿的方法，包括：

50、电流环控制器acr-pi输出的直轴电压理论估算值为：

51、

52、式中：为第一套三相绕组直轴电压理论估算值；为第二套三相绕组直轴电压；id1为第一套三相绕组直轴电流理论估算值；id2为第二套三相绕组直轴电流；iq1为第一套三相绕组交轴电流理论估算值；iq2为第二套三相绕组交轴电流；ld为旋转坐标系直轴电感；lq为旋转坐标系交轴电感；lm为定子励磁电感；ω为电角度；rs为定子电阻；

53、对磁链电压给定值ud1、ud2进行滤波，得到滤波后的电压ud1-lpf、ud2-lpf；

54、得到电压误差：

55、

56、将两套三相绕组直轴电压误差求和，得到ud-error，作为旋变补偿依据：

57、ud-error＝|ud1-error+ud2-error|

58、根据直轴电压的大小，对初始位置角θ0进行调节，使误差和ud-error达到最小值，保存补偿后的位置角θ，根据位置角θ，得到旋变补偿后的实际转速。

59、作为优选，重构混合脉冲宽度调制rhpwm包括：

60、在参考电压矢量所处重构区域均使用载波移相pwm，根据两套三相绕组载波及其边带谐波电磁转矩规律，将第二套三相绕组xyz的载波组相位整体滞后90°，构造开关级电流纹波，使得两套三相绕组电流纹波反向；

61、当参考电压位于在重构区域g1-ⅰ、g4-ⅰ、重构区域g1-ⅱ与g4-ⅱ均采用动态零状态pwm进行调制；

62、当参考电压位于重构区域g2、g3、g5、g6均采用svpwm进行调制。

63、作为优选，将重构的六相电流进行两组clark-park变换得到双dq坐标系下的电流反馈值：

64、

65、其中，θ表示位置角，ia表示第一套三相绕组abc中a相的电流；ib表示第一套三相绕组abc中b相的电流；ic表示第一套三相绕组abc中c相的电流；ix表示第二套三相绕组xyz中x相的电流；iy表示第二套三相绕组xyz中y相的电流，iz表示第二套三相绕组xyz中z相的电流。

66、本发明的有益效果，本发明只需单个电流传感器穿孔两条支路独立支路即可完成六相电流重构；本发明在实现电流重构的同时，可有效抑制电机电磁转矩振动；本发明针对零移相角dtp-pmsm特性设计旋变延迟补偿方法，统一规划两套三相绕组进行补偿；给出控制系统可实现电流重构、转矩脉动抑制、双三相旋变延迟补偿三者的统一。