30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法

本发明涉及一种30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，属于电机驱动领域。

背景技术：

1、针对航空航天、电动汽车这类对振动、效率、体积敏感的电驱系统，存在高功率密度集成需求。零相移双三相永磁同步电机(zero phase shift dual-three phasepermanent magnet synchronous motor,zps-dtp-pmsm)因其具备反电动势低、单相电流小、输出功率大、运行效率高、制造设计难度低等优势，是目前电动汽车领域高功率密度集成的主要应用方案。

2、传统dtp-pmsm闭环调速系统为完成六相电流信息采集进行环路运算，至少需要4个电流传感器。多电流霍尔采样会增加控制器的体积、成本，并且不同传感器之间的标定偏差造成不同的偏置、相位误差会降低系统控制性能。相电流重构技术是减少传感器数量、提升系统性能的有效手段。然而传统dtp-pmsm调速系统电流重构方案还是以三相为单位，采用两组传感器对两组三相分别重构，电流传感器数量存在进一步优化空间。

3、电流重构因最小采样时间的存在，往往需要消除重构盲区。为了消除盲区，传统研究方法需要加入额外的补偿策略以消除电流重构盲区、保障电流重构的连续性与准确性，比如矢量脉冲法、脉宽移位法、状态观测器法等。矢量脉冲法是在开关周期矢量末尾处插入测量矢量确保重构采样正常进行，但该方法使得一次开关周期内开关动作次数大于1，增加开关损耗，降低系统效率；脉宽移位法是将对称的七段式空间矢量调制(space vectormodulation，svm)策略在盲区处更改为非对称svm，将盲区有效矢量作用时间集中于一处以确保正常重构，但非对称svm的应用会给系统带来偶次开关及其边带次谐波增加电机振动噪声；状态观测器法则是利用数学方式，设计相应的滤波器对电流波形进行拟合，该方法的应用无疑会增大系统的运算强度。且传统电流重构方案其采样点需根据有效矢量作用时间进行更改，需捋顺开关动作顺序，对adc采样进行触发，存在一定复杂性。

4、电磁振动噪声频谱的特性与系统开关频率、调制方式、拓扑等因素直接相关，如何抑制噪声，使得在电机驱动系统在较宽频带中满足低噪指标要求也是电驱系统面临的主要问题。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：利用正弦波滤波器进行硬件滤波，改进固定频率脉宽调制算法，在传统交错并联拓扑、隔离型交错并联拓扑以及级联h桥等拓扑中应用载波移相技术等。但传统dtp-pmsm电磁振动噪声抑制方案，并未考虑到电流重构，存在进一步优化空间。

技术实现思路

1、针对30°相带角dtp-pmsm六相统一svm参考电压运算复杂，开关矢量需重新组合计算量大，重构扇区规划复杂的问题，本发明提供一种30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法。

2、本发明的一种30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，包括：

3、s1、在同一相空间中统一规划双三相永磁同步电机两套三相绕组空间矢量：

4、

5、其中，udc为母线电压；sa、sb、sc、sx、sy、sz分别为六相桥臂开关函数，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；u1k为第一套三相绕组abc形成的空间矢量；u2k为第二套三相绕组xyz形成的空间矢量，k＝1,2,3,4,5,6；

6、将两套三相绕组空间矢量整合到相同相空间平面，得到相空间平面中12个子空间；

7、s2、将第二套三相绕组xyz的载波相对于第一套三相绕组abc滞后1/4开关周期ts，构造出四个零电压矢量对应的开关组合，在开关周期内，在不同零矢量下，两套三相绕组分别进行四次采样，得到每个子空间中双三相永磁同步电机的六相电流重构表达式，根据参考电压矢量在相空间中的位置，选择相应的六相电流重构表达式，重构双三相永磁同步电机的六相电流。

8、作为优选，每个子空间由两个空间矢量包围而成，且每个子空间包括上、下边界区域和二者之间的扇区；上、下边界区域的确定方法为：采样的两套三相绕组的相应空间矢量在扇区内采样时刻维持的时间无法满足最小采样时间的区域；

9、子空间ⅰ由sa＝1、sb＝0、sc＝0对应的空间矢量与sx＝1、sy＝0、sz＝0对应的空间矢量包围而成，子空间ⅴ由sa＝0、sb＝1、sc＝0对应的空间矢量与sx＝0、sy＝1、sz＝0对应的空间矢量包围而成，子空间ⅸ由sa＝0、sb＝0、sc＝1对应的空间矢量与sx＝0、sy＝0、sz＝1对应的空间矢量包围而成；

10、在子空间ⅰ、ⅴ、ⅸ的四次采样时刻的判断方式均为：

11、当参考电压矢量位于扇区内时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts、0.5ts、0.75ts；

12、当参考电压位于扇区的上边界区域时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts-tmin、0.5ts、0.75ts+tmin，tmin为最小采样时间；

13、当参考电压位于扇区的下边界区域时，四个采样时刻分别为0ts+tmin、0.25ts、0.5ts-tmin、0.75ts；

14、子空间ⅱ由sa＝1、sb＝1、sc＝0对应的空间矢量与sx＝1、sy＝0、sz＝0对应的空间矢量包围而成；子空间ⅵ由sa＝0、sb＝1、sc＝1对应的空间矢量与sx＝0、sy＝1、sz＝0对应的空间矢量包围而成；子空间ⅹ由sa＝1、sb＝0、sc＝1对应的空间矢量与sx＝0、sy＝0、sz＝1对应的空间矢量包围而成；

15、在子空间ⅱ、ⅵ、ⅹ的四次采样时刻的判断方式均为：

16、当参考电压矢量位于扇区内时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts、0.5ts、0.75ts；

17、当参考电压位于扇区的上边界区域时，四个采样时刻分别为0ts+tmin、0.25ts、0.5ts-tmin、0.75ts，tmin为最小采样时间；

18、当参考电压位于扇区的下边界区域时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts+tmin、0.5ts、0.75ts-tmin；

19、子空间ⅲ由sa＝1、sb＝1、sc＝0对应的空间矢量与sx＝1、sy＝1、sz＝0对应的空间矢量包围而成；子空间ⅶ由sa＝0、sb＝1、sc＝1对应的空间矢量与sx＝0、sy＝1、sz＝1对应的空间矢量包围而成；子空间ⅺ由sa＝1、sb＝0、sc＝1对应的空间矢量与sx＝1、sy＝0、sz＝1对应的空间矢量包围而成；

20、在子空间ⅲ、ⅶ、ⅺ的四次采样时刻的判断方式均为：

21、当参考电压矢量位于扇区内时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts、0.5ts、0.75ts；

22、当参考电压位于扇区的上边界区域时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts+tmin、0.5ts、0.75ts-tmin，tmin为最小采样时间；

23、当参考电压位于扇区的下边界区域时，四个采样时刻分别为0ts-tmin、0.25ts、0.5ts+tmin、0.75ts；

24、子空间ⅳ由sa＝0、sb＝1、sc＝0对应的空间矢量与sx＝1、sy＝1、sz＝0对应的空间矢量包围而成；子空间ⅷ由sa＝0、sb＝1、sc＝1对应的空间矢量与sx＝0、sy＝1、sz＝1对应的空间矢量包围而成；子空间ⅻ由sa＝1、sb＝0、sc＝0对应的空间矢量与sx＝1、sy＝0、sz＝1对应的空间矢量包围而成；

25、在子空间ⅳ、ⅷ、ⅻ的四次采样时刻的判断方式均为：

26、当参考电压矢量位于扇区内时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts、0.5ts、0.75ts；

27、当参考电压位于扇区的上边界区域时，四个采样时刻分别为0ts-tmin、0.25ts、0.5ts+tmin、0.75ts。

28、当参考电压位于扇区的下边界区域时，四个采样时刻分别为0ts、0.25ts-tmin、0.5ts、0.75ts+tmin，tmin为最小采样时间。

29、作为优选，利用单电流霍尔传感器对第一套三相绕组abc中b相上管、c相下管与第二套三相绕组xyz中x相上管、y相下管的电流之和进行采样。

30、作为优选，本实施方式的方法还包括：

31、s3、将重构电流利用vsd坐标变换得到转矩电流反馈值iq、磁链电流反馈值id、互为正交的谐波电流反馈值iz1、iz2，再分别与相应的给定电流作差送入电流环控制器，得到转矩电压给定值uq、磁链电压给定值ud、互为正交的谐波电压给定值uz1 uz2；

32、根据转矩电压给定值uq、磁链电压给定值ud、谐波电压给定值uz1、uz2利用vsd-2dq等效变换矩阵得到两套三相绕组svm给定电压值ud1、uq1、ud2、uq2：

33、

34、其中，θ表示双三相永磁同步电机的电角度；

35、根据两套三相绕组svm给定电压值ud1、uq1、ud2、uq2，生成双三相永磁同步电机的六相桥臂驱动信号。

36、本发明的有益效果，本发明采用三相独立svm策略，根据30°相带角dtp-pmsm空间矢量特点，将原本高自由度矢量组合进行简化，得到简化扇区，并基于两套三相绕组当前所处扇区对参考电压矢量位置进行判断；修改采样拓扑，得到传感器相电流对应关系，采集电机运行所需的转速以及位置角等控制量；对第二套三相绕组xyz进行载波移相，构造采样开关组合，根据参考电压所处扇区位置灵活配置采样时刻，以规避重构盲区，分别在四个零矢量处进行采样，得到具有六相电流信息的四组采样电流；基于不同扇区下电流重构表达式完成六相电流重构；将重构电流送入vsd控制回路，产生vsd坐标系下给定参考电压输出；通过vsd-2dq等效变换，经单步计算得到两组三相svm给定值，最终生成六相桥臂驱动信号。

技术特征：

1.30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，每个子空间由两个空间矢量包围而成，且每个子空间包括上、下边界区域和二者之间的扇区；上、下边界区域的确定方法为：采样的两套三相绕组的相应空间矢量在扇区内采样时刻维持的时间无法满足最小采样时间的区域；

3.根据权利要求2所述的30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，利用单电流霍尔传感器对第一套三相绕组abc中b相上管、c相下管与第二套三相绕组xyz中x相上管、y相下管的电流之和进行采样。

4.根据权利要求3所述的30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，重构出每个子空间中双三相永磁同步电机的六相电流重构表达式为：

5.根据权利要求2所述的30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，其特征在于，将重构电流利用vsd坐标变换得到转矩电流反馈值iq、磁链电流反馈值id、谐波电流反馈值iz1、iz2：

7.一种计算机可读的存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法的步骤。

8.一种磁盘卫星质量矩姿态控制装置，包括存储设备、处理器以及存储在所述存储设备中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实现如权利要求1至6任一所述30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法的步骤。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法的步骤。

技术总结
30°相带角双三相永磁同步电机的电流重构方法，解决了现有方法统一SVM参考电压运算复杂，开关矢量需重新组合计算量大，重构扇区规划复杂的问题，属于电机驱动领域。本发明将矢量组合进行简化，得到简化扇区，并基于两套三相绕组当前所处扇区对参考电压矢量位置进行判断，对第二套三相绕组进行载波移相，构造采样开关组合，根据参考电压所处扇区位置灵活配置采样时刻，分别在四个零矢量处进行采样，得到具有六相电流信息的四组采样电流；基于不同扇区下电流重构表达式完成六相电流重构；将重构电流送入VSD控制回路，产生的给定电压通过VSD‑2DQ等效变换，经单步计算得到两组三相SVM给定值，最终生成六相桥臂驱动信号。

技术研发人员：李浩昱,邢延林,陈佳楠,王鑫源,马珂
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5