母线电压调节方法、控制处理单元与电机驱动系统与流程

本申请实施例涉及母线电压调节，特别涉及一种母线电压调节方法、控制处理单元与电机驱动系统。

背景技术：

1、在空调压缩机、电动工具、工业风机等电机驱动系统中，前端采用功率因数校正（power factor correction，pfc）电路，将交流输入升压为380v～400v稳定直流母线电压；后级通过三相逆变器结合磁场定向控制（field-oriented control，foc）算法，驱动永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，pmsm）或感应电机运行。

2、对于上述电机驱动系统，现有技术多采用固定母线电压的pfc控制策略，即无论电机处于轻载、低速、重载或高速等不同工况，均将直流母线电压恒定维持在预设值（典型值为380v）。

3、然而，该恒压控制方式会导致系统的效率较低。一方面，轻载、低速工况下调制系数仅为0.2～0.4，恒定的高母线电压会显著增大逆变器开关损耗，造成系统整体效率下降5%～15%；另一方面，重载、高速工况下调制系数可超过0.95甚至接近1.0，使逆变器进入过调制区域，电流环易失控，为避免过调制，系统需提前投入弱磁控制，但这会额外引入铜耗与铁耗，进一步导致系统运行效率下降。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种母线电压调节方法、控制处理单元与电机驱动系统，能够使调制系数动态保持在较优区间，以解决因调制系数过大或过小而导致的效率下降和电流波形畸变等问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种母线电压调节方法，应用于调节电机驱动系统的母线电压，电机驱动系统中的电机采用磁场定向控制算法驱动，母线电压调节方法包括：获取电机控制系统中电机的励磁电流分量、转矩电流分量和转速；根据励磁电流分量和转矩电流分量确定调制系数，并基于预设目标系数与调制系数的差值执行反馈调节，以得到第一电压调节量；根据励磁电流分量和转矩电流分量确定电机的功率变化量，并根据转速确定转速变化率，以及根据磁场定向控制算法中电流环的pi控制器的工作状态确定预设补偿量，其中，工作状态为饱和状态或非饱和状态；根据第一电压调节量、功率变化量、转速变化率和预设补偿量，确定第二电压调节量；根据第二电压调节量，调节母线电压。

3、在一个或多个实施例中，基于预设目标系数与调制系数的差值执行反馈调节，以得到第一电压调节量，包括：基于预设目标系数与调制系数的差值执行增量pi调节，以得到第一电压调节量。

4、在一个或多个实施例中，根据励磁电流分量和转矩电流分量确定电机的功率变化量，包括：电机的功率为：pmotor=3/2×(vd×id＋vq×iq)，其中，pmotor为电机的功率，id为励磁电流分量，iq为转矩电流分量，vd和vq为分别基于励磁电流分量和转矩电流分量得到的参考电压矢量；根据电机当前控制周期的功率与前一个控制周期的功率的差值，确定功率变化量。

5、在一个或多个实施例中，根据第一电压调节量、功率变化量、转速变化率和预设补偿量，确定第二电压调节量，包括：第二电压调节量为：vbus_pre=vbus_pi＋kffp×δpmotor＋kffp×(dω/dt)＋vff_sat，其中，vbus_pre为第二电压调节量，vbus_pi为第一电压调节量，kffp为预设系数，δpmotor为功率变化量，当功率变化量小于功率变化阈值时将功率变化量设为0，dω/dt为转速变化率，当转速变化率小于转速变化阈值时将转速变化率设为0，vff_sat为预设补偿量，当工作状态为饱和状态时vff_sat为大于0的固定值。

6、在一个或多个实施例中，根据第二电压调节量，调节母线电压，包括：在第二电压调节量大于或等于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，将第二电压调节量设为目标调节量；在第二电压调节量小于第一电压阈值时，将第一电压阈值设为目标调节量；在第二电压调节量大于第二电压阈值时，将第二电压阈值设为目标调节量；根据目标调节量，调节母线电压。

7、在一个或多个实施例中，在执行根据目标调节量，调节母线电压的步骤之前，方法还包括：在母线电压小于第二电压阈值，和/或，调制系数小于或等于第一系数阈值时，执行根据目标调节量，调节母线电压的步骤。

8、在一个或多个实施例中，在执行根据目标调节量，调节母线电压的步骤之前，方法还包括：在母线电压大于或等于第二电压阈值，且，调制系数大于第一系数阈值时，控制电流环增加负向的弱磁电流。

9、在一个或多个实施例中，弱磁电流为：，其中，为弱磁电流，kfw为弱磁比例调节系数，vref为dq轴合成电压矢量幅值，，vbus_max为第二电压阈值，mimax为第一系数阈值。

10、第二方面，本申请实施例提供了一种控制处理单元，包括：至少一个处理器和存储器；存储器与处理器耦合，存储器用于存储指令或程序，当指令或程序被至少一个处理器执行时，使至少一个处理器执行第一方面的母线电压调节方法。

11、第三方面，本申请实施例提供了一种电机驱动系统，包括功率因数校正电路、三相逆变器、电机以及第二方面的控制处理单元；功率因数校正电路输入交流电源，并输出母线电压；三相逆变器分别电连接功率因数校正电路、电机及控制处理单元，三相逆变器输入母线电压，并在控制处理单元的控制下驱动电机。

12、本申请的有益效果是：本申请实施例的母线电压调节方法一方面依托增量pi控制器构建反馈闭环，以实时调制系数为控制目标，根据电机励磁电流与转矩电流实时计算调制系数偏差并持续修正母线电压，依靠反馈调节将系统调制系数稳定维持在较优工作区间；另一方面，为弥补单一pi反馈仅能滞后纠偏、动态响应不足的缺陷，本方案进一步引入前馈补偿策略，通过实时检测电机功率变化量、转速变化率以及电流环pi控制器的工作状态，预判电机负载与转速的动态突变趋势并输出补偿调节量，提前修正母线电压。如此，实现了反馈闭环结合前馈预判的复合电压调节架构以调节母线电压，有利于使调制系数保持在较优区间，从而，既能够使逆变器始终工作在电压利用率高、开关损耗最低的工况，有效解决低调制系数工况下母线电压冗余、系统效率衰减的问题，也能够提前修正母线电压，有效抑制高速重载工况下调制系数过高导致的电流环失稳、电流波形畸变等问题。

1.一种母线电压调节方法，其特征在于，应用于调节电机驱动系统的母线电压，所述电机驱动系统中的电机采用磁场定向控制算法驱动，所述母线电压调节方法包括：

2.根据权利要求1所述的母线电压调节方法，其特征在于，所述基于预设目标系数与所述调制系数的差值执行反馈调节，以得到第一电压调节量，包括：

3.根据权利要求1所述的母线电压调节方法，其特征在于，根据所述励磁电流分量和所述转矩电流分量确定所述电机的功率变化量，包括：

4.根据权利要求1所述的母线电压调节方法，其特征在于，所述根据所述第一电压调节量、所述功率变化量、所述转速变化率和所述预设补偿量，确定第二电压调节量，包括：

5.根据权利要求1所述的母线电压调节方法，其特征在于，所述根据所述第二电压调节量，调节所述母线电压，包括：

6.根据权利要求5所述的母线电压调节方法，其特征在于，在执行所述根据所述目标调节量，调节所述母线电压的步骤之前，所述方法还包括：

7.根据权利要求5所述的母线电压调节方法，其特征在于，在执行所述根据所述目标调节量，调节所述母线电压的步骤之前，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的母线电压调节方法，其特征在于，所述弱磁电流为：，其中，为所述弱磁电流，kfw为弱磁比例调节系数，vref为dq轴合成电压矢量幅值，，vbus_max为所述第二电压阈值，mimax为所述第一系数阈值。

9.一种控制处理单元，其特征在于，包括：

10.一种电机驱动系统，其特征在于，包括功率因数校正电路、三相逆变器、电机以及如权利要求9所述的控制处理单元；