阅读说明：本技术 一种多电机连接系统及电流滞环控制方法 (Multi-motor connection system and current hysteresis control method ) 是由 张守旭 崔荣鑫 严卫生 王银涛 李俊兵 房新鹏 左磊 林海 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多电机连接系统及电流滞环控制方法,通过给定参考转速与实际转速的差经过四个PI调节器,得到四个电流值；将四个电流值经过参考电流重构模块得到所需要的参考电流值；将逆变器输出端的电流值经过电流重构模块得到计算电流值；将计算电流值与参考电流值的差值,给到滞环比较器中,生成等幅不等宽的方波信号；将方波信号经过PWM模块,变为驱动IGBT管的开关信号；将PWM信号传输给五相电压源型逆变器模块,五相电压源型逆变器模块控制四直流电机正常工作,实现电机的四象限运行。本发明采用参考电流重构,电流重构以及滞环比较技术,提供了一种新型四直流电机并联控制方法。(The invention discloses a multi-motor connection system and a current hysteresis control method.A difference between a given reference rotating speed and an actual rotating speed passes through four PI regulators to obtain four current values; the four current values pass through a reference current reconstruction module to obtain required reference current values; obtaining a calculated current value by passing the current value of the output end of the inverter through a current reconstruction module; giving the difference value of the calculated current value and the reference current value to a hysteresis comparator to generate square wave signals with equal amplitude and unequal width; the square wave signal is converted into a switching signal for driving an IGBT tube through a PWM module; and transmitting the PWM signal to a five-phase voltage source type inverter module, and controlling the four-direct-current motor to normally work by the five-phase voltage source type inverter module so as to realize the four-quadrant operation of the motor. The invention provides a novel parallel control method for four direct current motors by adopting reference current reconstruction, current reconstruction and hysteresis comparison technologies.)

一种多电机连接系统及电流滞环控制方法

技术领域

本发明属于直流电机控制技术领域，具体涉及一种多电机连接系统及电流滞环控制方法。

背景技术

随着国家环保理念的提出，电动汽车行业迅猛发展，国内外对电动汽车电机驱动系统的研究都很多，主要集中在新型电动机的应用、电机驱动系统控制策略的改进两个方面。

目前，电动汽车多采用直流有刷电动机、感应电动机、开关磁阻电机和直流无刷电机。直流有刷电机采用斩波器控制,具有优良的电磁转矩控制特性，控制简单、技术成熟.由于存在电刷和换向器，使其高速性能及运行可靠性受到影响。感应电机作为电动汽车驱动电机，成本低，可靠性好，调速范围宽，控制器较成熟，制造技术较成热，转矩波动小，噪声小，不需要位置传感器但控制复杂，易受电机参数及负载变化的影响。开关磁阻电机作为电动汽车的驱动电机可靠性好，成本低，简单，高速潜力大，但电机噪声高，转矩脉动严重，在电动汽车驱动应用中有利有弊，目前在电动汽车方面的应用较少。无刷直流电机作为电动汽车的驱动电机，结构紧凑，重量轻，效率高，控制性能好，但是存在转矩脉动与大电流下可靠性不高的问题。由于直流电机技术已经很成熟，大多数电动汽车都采用直流电机，因此，如何设计出一种新型电机驱动系统控制策略非常具有实际工程价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多电机连接系统及电流滞环控制方法，电路简单，可以进行实时控制，电流响应速度快，不需要载波。

本发明采用以下技术方案：

一种多电机电流滞环控制方法，包括以下步骤：

S1、通过给定参考转速与实际转速的差经过四个PI调节器，得到四个电流值；

S2、将步骤S1得到的四个电流值，经过参考电流重构模块，得到所需要的参考电流值；

S3、将逆变器输出端的电流值经过电流重构模块得到计算电流值；

S4、将计算电流值与参考电流值的差值，给到滞环比较器中，生成等幅不等宽的方波信号；

S5、将步骤S4获得的方波信号经过PWM模块，变为驱动IGBT管的开关信号；

S6、将PWM信号传输给五相电压源型逆变器模块，五相电压源型逆变器模块控制四直流电机正常工作，实现电机的四象限运行。

具体的，步骤S1中，四个电流值I_mj具体为：

I_mj＝K_pj(ω_j-ω_jref)+K_ij∫(ω_j-ω_jref)dt

其中，j＝1,2,3,4，K_pj为四个PI调节器的比例常数；ω_j为四直流电机的实际转速；ω_jref为四直流电机的参考转速，K_ij为四个PI调节器的积分常数。

具体的，步骤S2中，参考电流值I_iref具体为：

其中，I_m1,I_m2,I_m3,I_m4分别为四个电流值。

具体的，步骤S3中，计算电流值I_i具体为：

其中，X₁,X₂,X₃,X₄分别为四个检测电流值。

具体的，步骤S4中，滞环比较器的输出电压H_i具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5，U_om为加在运算放大器两端的电压幅值；I_iref、I_i分别为参考电流值和计算电流值；R为滞环比较器中运算放大器负输入端接入的电阻值；U₊为滞环比较器中运算放大器正输入端的电压值。

进一步的，在集成运算放大器电路的输出端与同相输入端之间引入一个正反馈，当反向端输入电压u_i从0逐渐增大，且u_i≤U₊时，

当u_i≥U₊时，

触发电平变为下限阀值(触发)电平U_-；当u_i逐渐减小，在u_i＝U₊以前，输出电压u_o等于

更进一步的，上限阀值(触发)电平U₊具体为：

下限阀值电平U-具体为：

回差电压ΔU为：

其中，

为滞环比较器中运算放大器正电源电压，为滞环比较器中运算放大器负电源电压，R₁为滞环比较器中运算放大器输出端反馈到运算放大器正向输入端的电阻，R₂为滞环比较器中运算放大器正向输入端电阻。

具体的，步骤S5中，滞环比较器输出的第i路电压H_i-j具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5，H_i为滞环比较器的输出电压；为滞环比较器的输出的与H_i互补的电压；H_i-j为滞环比较器输出的第i路电压，j＝1,2，经PWM模块后产生的两路PWM信号。

本发明的另一个技术方案是，一种多电机连接系统，采用所述的电流滞环控制方法，包括：

转速调节模块，用于对参考转速与实际转速的差值进行调节；

电流调节模块，用于对参考电流值与计算电流值的差值进行调节；

滞环比较模块，用于将参考电流值与计算电流值的差值变为等幅不等宽的方波；

PWM模块，用于将滞环比较模块输出的方波变为开关信号驱动IGBT管；

五相电压源型逆变器模块，通过五相IGBT管驱动四直流电机工作。

具体的，五相电压源型逆变器模块包括10个IGBT管，分为5组，T_i,T_i+1一组，将T_i的源极连接到电源正极上，漏极连接到T_i+1的源极上；T_i+1的漏极连接到电源负极，每一组形成一个完整的桥臂，i＝1,2,3,4,5；

五相电压源型逆变器模块中任取一组桥臂的中点连接到四个直流电机的负端，将剩余四组桥臂的中点依次连接到四个直流电机的正端，使四个直流电机以并联的方式连接到五相电压源型逆变器模块上。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种多电机电流滞环控制方法，参考电流与计算电流的计算都采用电流重构的方式，将原来的四相电流重构成五相电流，经过滞环比较器模块和PWM模块给五相电压源型逆变器的IGBT管提供开关信号，提高了系统的控制精度和稳定性，滞环比较器模块替代了原来的三角载波模块，硬件电路简单，可以进行实时控制，电流响应速度快，不需要载波。

进一步的，将参考转速与实际转速的差经过PI调节器，形成转速闭环控制，有利于对系统的转速进行调节。

进一步的，将步骤S1所得到的四个电流值经过参考电流重构模块得到五个参考电流值，与计算电流值形成电流闭环控制，有利于对系统电流进行调节。

进一步的，将逆变器输出端的电流值经过电流重构模块，得到五个计算电流值，与参考电流值形成电流闭环控制，有利于对系统电流进行调节。

进一步的，将计算电流与参考电流的差值给到滞环比较器中，生成等幅不等宽的方波信号，不需要三角载波信号，可以进行实时控制，电流响应速度快。

进一步的，将步骤S4所得到的方波信号经过PWM模块，变为能驱动IGBT管的开关信号，驱动逆变器进行工作，进而控制电机正常运行。

一种多电机连接系统，将四个直流电机的负端连接到一起并接到五相电压源型逆变器任一组桥臂的中点，其余四组桥臂的中点接到四个直流电机的正端，采用较少的桥臂就可以对四直流电机进行控制。

进一步的，将PWM模块输出的10个开关信号给到五相电压原型逆变器的IGBT管上，通过开关信号驱动逆变器工作，进而控制电机正常运行。

综上所述，本发明采用参考电流重构，电流重构以及滞环比较技术，提供了一种新型四直流电机并联控制方法。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为四直流电机并联电流滞环控制系统结构图；

图2为五相电压源型逆变器结构图；

图3为电流滞环控制结构图，其中，(a)为从反相输入端输入的反相滞环比较器电路，(b)为电流滞环控制电路。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种多电机连接系统，包括：

转速调节模块：对参考转速与实际转速的差值进行调节。

电流调节模块：对参考电流值与计算电流值的差值进行调节。

滞环比较模块：将电流的差值变为等幅不等宽的方波。

PWM模块：将滞环比较模块输出的方波变为能驱动IGBT管的开关信号。

五相电压源型逆变器模块：通过五相IGBT管驱动四直流电机的正常工作。

将参考转速与实际转速的差值经过转速调节模块生成四个电流值，然后将四个电流值经过参考电流重构模块，生成五个参考电流值，任取五相电压原型逆变器输出端的四个电流值，经过电流重构计算模块，得到五个计算电流值，将参考电流与计算电流的差给到滞环比较模块中，生成等幅不等宽的五路方波信号，再将五路方波信号经过PWM模块，变为能驱动IGBT管的10个开关信号，然后将10个开关信号给到五相电压原型逆变器模块，驱动逆变器工作，进而控制电机正常工作。

请参阅图2，五相电压源型逆变器中包括10个IGBT管，分为5组，T_i,T_i+1一组，将T_i的源极连接到电源正极上，漏极连接到T_i+1的源极上；T_i+1的漏极连接到电源负极，每一组形成一个完整的桥臂，i＝1,2,3,4,5。

在五相电压源型逆变器中任取一组桥臂的中点连接到四个直流电机的负端，将剩余四组桥臂的中点依次连接到四个直流电机的正端，使四个直流电机以并联的方式连接到逆变器上。

将滞环比较器输出的等幅不等宽的五路方波信号经过PWM模块，每一路产生幅值相同，方向相反的两路PWM信号；将每组的两路PWM信号给到对应的IGBT管上，控制逆变器工作，从而控制电机正常运行；如果T1、T10导通，则DCM1正转；T2、T9导通，则DCM1反转；DCM2、DCM3、DCM4可同理进行分析，可以使四直流电机实现四象限运行。

本发明一种多电机电流滞环控制方法，包括以下步骤：

S1、通过给定参考转速与实际转速的差经过四个PI调节器，得到四个电流值；

四个电流值I_mj具体为：

I_mj＝K_pj(ω_j-ω_jref)+K_ij∫(ω_j-ω_jref)dt

其中，j＝1,2,3,4，K_pj为四个PI调节器的比例常数；ω_j为四直流电机的实际转速；ω_jref为四直流电机的参考转速，K_ij为四个PI调节器的积分常数。

S2、将步骤S1得到的四个电流值，经过参考电流重构模块，得到所需要的参考电流值；

五个参考电流值I_iref具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5；

S3、将逆变器输出端的电流值经过电流重构模块得到计算电流值；

计算电流值I_i具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5；X₁,X₂,X₃,X₄分别为四个检测电流值；

S4、将计算电流值与参考电流值的差值，给到滞环比较器中，生成等幅不等宽的方波信号；

滞环比较器的输出电压H_i具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5，U_om为加在运算放大器两端的电压幅值；I_iref、I_i分别为参考电流值和计算电流值；R为滞环比较器中运算放大器负输入端接入的电阻值；U₊为滞环比较器中运算放大器正输入端的电压值；

请参阅图3，滞环比较器电路构成及工作原理如下：

在集成运算放大器电路的输出端与同相输入端之间引入一个正反馈，从反相输入端输入的反相滞环比较器电路如图3(a)所示，其中，u_i为反向端输入电压，u_o为输出电压，U_ref为参考电压。

当u_i从0逐渐增大，且u_i≤U₊时，

上限阀值(触发)电平U₊具体为：

当u_i≥U₊时，

此时触发电平变为下限阀值(触发)电平U_-，具体为：

当u_i逐渐减小，在u_i＝U₊以前，输出电压u_o始终等于

请参阅图3(b)，将所得到的计算电流值与参考电流值给到滞环比较器中，滞环比较器的输出电压；再经过PWM模块，变为能驱动IGBT管的开关信号，经PWM模块后产生的两路PWM信号；将产生的两路PWM信号给到逆变器相应的IGBT管上，控制逆变器桥臂的导通和关断。

S5、将步骤S4获得的方波信号经过PWM模块，变为能驱动IGBT管的开关信号；

滞环比较器输出的第i路电压H_i-j具体为：

其中，i＝1,2,3,4,5，H_i为滞环比较器的输出电压；

为滞环比较器的输出的与H_i互补的电压；H_i-j为滞环比较器输出的第i路电压，j＝1,2，经PWM模块后产生的两路PWM信号。

S6、将PWM信号传输给五相电压源型逆变器模块中，使逆变器工作，控制电机正常工作，实现电机的四象限运行。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种多电机连接系统及电流滞环控制方法，随着国家环保理念的提出，电动汽车行业迅速崛起，本发明完全可以应用到该领域。该控制方法采用PI调节器对转速进行调节，采用电流重构的方法，得到参考电流和计算电流值，采用滞环控制技术生成等幅不等宽的方波信号，用滞环比较模块替代了原来的三角载波模块，硬件电路简单，可以进行实时控制，电流响应速度快，不需要载波。采用五相电压源型逆变器对并联四直流电机进行控制，采用较少的桥臂来控制多个电机的运行。

综上所述，本发明一种多电机连接系统及电流滞环控制方法，采用转速调节、电流重构，电流调节以及滞环比较技术，提供了一种新型稳定的四直流电机控制方法，提高了系统的控制精度和稳定性，降低了系统的能量损耗。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。