本發(fā)明屬于高速電機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高速電機(jī)是隨著電力電子、材料科學(xué)及微電子等技術(shù)發(fā)展而衍生的高技術(shù)產(chǎn)品，在很多工業(yè)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，與常規(guī)電機(jī)相比，高速電機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用在機(jī)械方面受到材料性能的制約：表面線(xiàn)速度和旋轉(zhuǎn)角速度由于材料剛度和楊氏模量的限制，高速運(yùn)行時(shí)較常規(guī)電機(jī)相比更加充分地發(fā)揮利用材料的物理性能，因此其與常規(guī)電機(jī)相比具有其它電機(jī)無(wú)可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)：

(1)高速電機(jī)幾何尺寸小，功率密度高，有效節(jié)約物理材料和工作空間；

(2)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力高；

(3)在高速應(yīng)用場(chǎng)合采用高速電機(jī)來(lái)代替“常規(guī)電機(jī)+齒輪箱”的結(jié)構(gòu)使得原動(dòng)機(jī)與負(fù)載直接相連，省去機(jī)械傳動(dòng)變速裝置，縮小了設(shè)備整體體積、提高了系統(tǒng)效率和系統(tǒng)可靠性、減少了噪音和系統(tǒng)維護(hù)成本。

基于上述諸多優(yōu)點(diǎn)，高速電機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景，在航空航天、高速機(jī)床加工、分布式發(fā)電、飛輪儲(chǔ)能、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、真空離子泵等軍事、科研、工業(yè)、民用領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為國(guó)際電工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，各國(guó)大力發(fā)展、高度壟斷的關(guān)鍵技術(shù)之一。不斷發(fā)展、提高高速電機(jī)的性能和轉(zhuǎn)速能夠使得其滿(mǎn)足不同的工作應(yīng)用要求，替代掉原來(lái)的一些技術(shù)，為推進(jìn)設(shè)備小型化、高集成度，全電化有著重要的意義和價(jià)值。

永磁同步電機(jī)的控制通常采用變頻器供電，變頻器是根據(jù)數(shù)字脈寬調(diào)制的方法對(duì)直流母線(xiàn)電壓進(jìn)行斬波來(lái)輸出三相正弦電壓波形來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此其輸出電壓和電流中含有一系列的諧波成分，這些諧波會(huì)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行特性以及本身性能造成很多不利的影響，如產(chǎn)生轉(zhuǎn)子渦流損耗帶來(lái)轉(zhuǎn)子溫升，轉(zhuǎn)子振動(dòng)及噪聲。在高速電機(jī)中由于電機(jī)的運(yùn)行頻率較高，而電力電子功率器件的性能有限，因此其調(diào)制比相比于常規(guī)電機(jī)更小，所引起的諧波成分含量更多，轉(zhuǎn)子的溫升更加嚴(yán)重。此外，高速永磁同步電機(jī)的電氣參數(shù)通常遠(yuǎn)小于常規(guī)永磁同步電機(jī)的電氣參數(shù)，更加加劇了高速永磁同步電機(jī)中的諧波電流，給高速電機(jī)的熱可靠性和運(yùn)動(dòng)控制性能帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。由此可見(jiàn)常規(guī)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的高性能需求，因此各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和研究學(xué)者針對(duì)高速電機(jī)專(zhuān)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)展開(kāi)研究工作。

圖1中提出一種適用于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其技術(shù)方案大概為：直流母線(xiàn)采用Buck電路進(jìn)行直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，后側(cè)所連接的三相半橋逆變器采用三項(xiàng)六狀態(tài)工作模式，以電氣頻率依次進(jìn)行切換導(dǎo)通，從而給電機(jī)施加方波電壓，在無(wú)刷直流電機(jī)上產(chǎn)生方波電流，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。

該方法能夠有效額降低開(kāi)關(guān)頻率和電機(jī)上由于電流諧波引起的損耗，但是不足之處也顯而易見(jiàn)：控制對(duì)象為無(wú)刷直流電機(jī)，其存在很大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，如果采用同樣的策略來(lái)進(jìn)行永磁同步電機(jī)的控制，其施加的方波電壓會(huì)產(chǎn)生諧波頻譜豐富的電流諧波引起電機(jī)內(nèi)的損耗急劇增加。此外，直流母線(xiàn)電壓雖然可以通過(guò)調(diào)節(jié)電平等級(jí)來(lái)抑制電機(jī)中的損耗，然而并沒(méi)有給出一個(gè)理想的規(guī)劃直流母線(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)策略將電流諧波與直流母線(xiàn)電壓直接聯(lián)系起來(lái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使被控的高速電機(jī)存在很大轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，在控制過(guò)程中施加的方波電壓會(huì)產(chǎn)生諧波頻譜豐富的電流諧波，從而引起電機(jī)內(nèi)的損耗急劇增加的問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法。

直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它包括三相整流橋、直流母線(xiàn)支撐電容、直流母線(xiàn)輸入電壓檢測(cè)模塊、Buck-Boost調(diào)壓電路、直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容、直流母線(xiàn)輸出電壓檢測(cè)模塊、三相半橋逆變電路、三相電流檢測(cè)模塊和驅(qū)動(dòng)控制電路；

三相整流橋?qū)⒔邮盏娜嘟涣麟娀騿蜗嘟涣麟娹D(zhuǎn)化為直流電壓，該直流電壓經(jīng)直流母線(xiàn)支撐電容穩(wěn)壓后輸入到Buck-Boost調(diào)壓電路，Buck-Boost調(diào)壓電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路輸出的PAM控制信號(hào)，對(duì)其Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓經(jīng)直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓后，輸入到三相半橋逆變電路，三相半橋逆變電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路輸出的PWM控制信號(hào)，對(duì)被控高速永磁同步電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制；

直流母線(xiàn)輸入電壓檢測(cè)模塊，用于對(duì)三相整流橋輸出的直流電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路；

直流母線(xiàn)輸出電壓檢測(cè)模塊，用于對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路；

三相電流檢測(cè)模塊，用于對(duì)三相半橋逆變電路輸出的三相電流進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路；

驅(qū)動(dòng)控制電路，用于根據(jù)接收的三相電流、三相整流橋輸出的直流電壓和Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)。

采用直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法，該調(diào)節(jié)方法的具體過(guò)程為：

首先，驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)三相整流橋輸出的直流電壓、Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓和三相半橋逆變電路輸出的三相電流i_a，i_b，i_c；

其中，三相整流橋輸出的電壓為直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}，

Buck-Boost調(diào)壓電路輸出的電壓為直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}；

其次，驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd，對(duì)接收的直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}、直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}及三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，使其生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)，且通過(guò)PAM控制信號(hào)對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路進(jìn)行閉環(huán)控制，從而對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，通過(guò)PWM控制信號(hào)對(duì)三相半橋逆變電路進(jìn)行控制，從而驅(qū)動(dòng)被控高速永磁同步電機(jī)，使其被控高速永磁同步電機(jī)在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行。

所述的驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd，對(duì)接收的直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}、直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}及三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，使其生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)，且通過(guò)PAM控制信號(hào)對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路進(jìn)行閉環(huán)控制，從而對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，通過(guò)PWM控制信號(hào)對(duì)三相半橋逆變電路進(jìn)行控制，從而驅(qū)動(dòng)被控高速永磁同步電機(jī)，使其被控高速永磁同步電機(jī)在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行的具體過(guò)程為：

步驟一：采用無(wú)傳感器控制算法對(duì)三相半橋逆變電路輸出的三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb和電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速n_fdb；

步驟二：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb對(duì)三相半橋逆變電路輸出的三相電流i_a,i_b,i_c進(jìn)行解耦計(jì)算，得到基于轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q；

步驟三：根據(jù)d軸電流分量i_d、q軸電流分量i_q和外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd生成直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}和內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}；

步驟四：根據(jù)步驟三獲得的直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行電壓PI調(diào)節(jié)，生成的PAM控制信號(hào)對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行閉環(huán)控制，直至直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}等于直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}；

同時(shí)，利用步驟三獲得的內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}對(duì)電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速n_fdb進(jìn)行速度PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)速度PI調(diào)節(jié)的結(jié)果對(duì)d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q進(jìn)行雙閉環(huán)電流PI調(diào)節(jié)，獲得d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q，然后根據(jù)步驟一獲得的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb對(duì)d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓分量u_α和β軸電壓分量u_β，并根據(jù)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}對(duì)α軸電壓分量u_α和β軸電壓分量u_β進(jìn)行SVPWM調(diào)制，生成PWM控制信號(hào)，使其被控高速永磁同步電機(jī)在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行，從而完成直流母線(xiàn)電壓根據(jù)外部指令進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

所述的步驟三中根據(jù)d軸電流分量i_d、q軸電流分量i_q和外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd生成直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}和內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}的具體過(guò)程為：

步驟三一：將獲得的d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q代入下述公式一，獲得電機(jī)運(yùn)行于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd時(shí)，期望施加到電機(jī)上的d軸電壓u_{d_ideal}和q軸電壓u_{q_ideal}；其中，

其中，R_s表示定子繞組電阻，L_d表示d軸等效電感，ω_e表示外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電氣角速度，L_q表示q軸等效電感，ψ_f表示永磁體磁鏈；

步驟三二：根據(jù)期望施加到電機(jī)上的d軸電壓u_{d_ideal}和q軸電壓u_{q_ideal}代入下述公式二，獲得三相半橋逆變電路的期望輸入電壓u_{dc_ideal}，其中，

步驟三三：根據(jù)三相半橋逆變電路的期望輸入電壓u_{dc_ideal}，獲得Buck-Boost調(diào)壓電路的期望輸出電壓u_{dc_real}，其中，

u_{dc_real}＝u_{dc_ideal}×120％ (公式三)，

步驟三四：當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值大于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}等于直流母線(xiàn)的期望電壓u_{dc_real}，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速；

當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值小于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}保持當(dāng)前電壓，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}等于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd；

當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值等于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}等于直流母線(xiàn)的期望電壓u_{dc_real}，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}等于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd。

所述的三相半橋逆變電路輸出的電壓信號(hào)的波形為正弦波。

本發(fā)明內(nèi)容包括兩個(gè)部分：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括了直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)模塊和三相半橋逆變模塊?？刂撇呗园ㄖ绷髂妇€(xiàn)電壓調(diào)節(jié)策略和采用無(wú)傳感器控制策略的永磁同步電機(jī)控制策略。

三相交流電或單相交流電通過(guò)三相整流橋進(jìn)行不可控整流得到波動(dòng)的直流電壓，通過(guò)直流母線(xiàn)輸入直流母線(xiàn)支撐電容進(jìn)行初步穩(wěn)壓，得到穩(wěn)定的直流輸入電壓；直流輸入電壓輸入到Buck-Boost調(diào)壓電路，Buck-Boost調(diào)壓電路根據(jù)輸入的PAM控制信號(hào)對(duì)其輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而得到核心算法所期望的直流母線(xiàn)輸出電壓，并且直流母線(xiàn)輸出電壓通過(guò)直流母線(xiàn)支撐電容進(jìn)行穩(wěn)壓、防止電壓因?yàn)楹蠖素?fù)載狀態(tài)變化而發(fā)生突變；直流母線(xiàn)輸入電壓檢測(cè)模塊和直流母線(xiàn)輸出電壓檢測(cè)模塊分別對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路的輸入和輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，其中直流母線(xiàn)輸出電壓是核心控制策略的控制對(duì)象，兩個(gè)電壓之前的對(duì)應(yīng)關(guān)系是通過(guò)PAM控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整。

經(jīng)過(guò)直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓后的直流母線(xiàn)輸出電壓輸入到三相半橋逆變電路，三相半橋逆變電路的每個(gè)橋臂可由兩個(gè)全控型電力電子器件(IGBT、MOSFET)以及反向并聯(lián)的反向恢復(fù)二極管構(gòu)成，每個(gè)橋臂的中點(diǎn)通過(guò)電纜與被控高速永磁同步電機(jī)相連接，二者之間采用三相電流檢測(cè)模塊對(duì)被控高速永磁同步電機(jī)的輸入電流進(jìn)行檢測(cè)，提供給驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行控制算法計(jì)算。

驅(qū)動(dòng)控制電路得到的反饋信號(hào)包括：直流母線(xiàn)輸入電壓、直流母線(xiàn)輸出電壓、輸入至被控高速永磁同步電機(jī)的三相電流，驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)包括：1個(gè)PAM控制信號(hào)和6個(gè)PWM控制信號(hào)，其中：PAM控制信號(hào)用于調(diào)制Buck-Boost調(diào)壓電路的輸出電壓幅值，PWM控制信號(hào)用于控制三相半橋逆變電路的運(yùn)行狀態(tài)從而驅(qū)動(dòng)高速永磁同步電機(jī)運(yùn)行，這些信號(hào)都通過(guò)光耦實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明提出了一種用于超高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制用的具有直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)功能的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及與之相對(duì)應(yīng)的直流母線(xiàn)電壓在線(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略。該發(fā)明對(duì)超高速永磁同步電機(jī)在一個(gè)較寬的調(diào)速運(yùn)行范圍內(nèi)，都保持一個(gè)合理的直流母線(xiàn)電壓，進(jìn)而降低數(shù)字調(diào)制控制策略在電機(jī)中產(chǎn)生的諧波，對(duì)高速電機(jī)中的諧波進(jìn)行了有效的抑制和削弱，從而降低諧波導(dǎo)致的損耗，確保高速電機(jī)的熱穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明主要應(yīng)用在在超高速永磁同步電機(jī)的直流母線(xiàn)上。

附圖說(shuō)明

圖1為背景技術(shù)中采用Buck-Boost的直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2為本發(fā)明所述的直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理示意圖。

圖3為采用直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法的原理示意圖；

圖4為具體實(shí)施方式四所述的步驟三中根據(jù)d軸電流分量i_d、q軸電流分量i_q和外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd生成直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}和內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}的的流程圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見(jiàn)圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它包括三相整流橋1、直流母線(xiàn)支撐電容2、直流母線(xiàn)輸入電壓檢測(cè)模塊3、Buck-Boost調(diào)壓電路4、直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容5、直流母線(xiàn)輸出電壓檢測(cè)模塊6、三相半橋逆變電路7、三相電流檢測(cè)模塊8和驅(qū)動(dòng)控制電路9；

三相整流橋1將接收的三相交流電或單相交流電轉(zhuǎn)化為直流電壓，該直流電壓經(jīng)直流母線(xiàn)支撐電容2穩(wěn)壓后輸入到Buck-Boost調(diào)壓電路4，Buck-Boost調(diào)壓電路4根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路9輸出的PAM控制信號(hào)，對(duì)其Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓經(jīng)直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容5穩(wěn)壓后，輸入到三相半橋逆變電路7，三相半橋逆變電路7根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制電路9輸出的PWM控制信號(hào)，對(duì)被控高速永磁同步電機(jī)10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制；

直流母線(xiàn)輸入電壓檢測(cè)模塊3，用于對(duì)三相整流橋1輸出的直流電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路9；

直流母線(xiàn)輸出電壓檢測(cè)模塊6，用于對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路9；

三相電流檢測(cè)模塊8，用于對(duì)三相半橋逆變電路7輸出的三相電流進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果送至驅(qū)動(dòng)控制電路9；

驅(qū)動(dòng)控制電路9，用于根據(jù)接收的三相電流、三相整流橋1輸出的直流電壓和Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)。

本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)控制電路9的控制策略主要針對(duì)兩部分的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制：Buck-Boost調(diào)壓電路4和三相半橋逆變電路7驅(qū)動(dòng)的被控高速永磁同步電機(jī)10，二者之間的關(guān)系為：Buck-Boost調(diào)壓電路4為后側(cè)三相半橋逆變電路7驅(qū)動(dòng)提供直流母線(xiàn)電壓，而被控高速永磁同步電機(jī)10的運(yùn)行條件和狀態(tài)通過(guò)控制策略決定了Buck-Boost調(diào)壓電路4期望輸出電壓值；

Buck-Boost調(diào)壓電路4首先檢測(cè)直流母線(xiàn)輸入電壓幅值，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)給出期望輸出電壓的指令信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)PAM控制信號(hào)對(duì)直流母線(xiàn)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，使之跟蹤期望電壓指令；

三相半橋逆變電路7采用無(wú)傳感器控制策略對(duì)被控高速永磁同步電機(jī)10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，三相電流檢測(cè)模塊8得到的三相電流信號(hào)，其三相電流信號(hào)不僅用于求解電流環(huán)閉環(huán)控制，而且從中還要提取出電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、位置信號(hào)，用于整個(gè)控制系統(tǒng)的坐標(biāo)變換、解耦以及速度環(huán)閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)控制電路9輸出電壓指令通過(guò)電流環(huán)解耦得到電壓指令，電壓指令通過(guò)電壓調(diào)制算法和當(dāng)前實(shí)時(shí)直流母線(xiàn)電壓得到所需三相占空比以及6個(gè)橋臂的PWM控制信號(hào)，從而施加電壓到高速永磁同步電機(jī)上，在電機(jī)繞組中產(chǎn)生正弦的電流波形來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

直流母線(xiàn)支撐電容2用于對(duì)三相整流橋1輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓，直流母線(xiàn)輸出穩(wěn)壓電容5用于對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓。

三相半橋逆變電路7可由兩個(gè)全控型電力電子器件(IGBT、MOSFET)以及反并聯(lián)的反向恢復(fù)二極管構(gòu)成。

控制對(duì)象為采用超高速永磁同步電機(jī)，其內(nèi)部采用高磁能積的永磁體作為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁材料，因此功率密度高，體積小，可靠性高，控制簡(jiǎn)單，但是在常規(guī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下所實(shí)施的控制策略會(huì)導(dǎo)致定子繞組中有大量的電流諧波，導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能的惡化；而本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)避免常規(guī)撲結(jié)構(gòu)下所實(shí)施的控制策略會(huì)導(dǎo)致的缺陷。

具體實(shí)施方式二：參見(jiàn)圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，采用具體實(shí)施方式一所述的直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法，該調(diào)節(jié)方法的具體過(guò)程為：

首先，驅(qū)動(dòng)控制電路9實(shí)時(shí)檢測(cè)三相整流橋1輸出的直流電壓、Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓和三相半橋逆變電路7輸出的三相電流i_a，i_b，i_c；

其中，三相整流橋1輸出的電壓為直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}，

Buck-Boost調(diào)壓電路4輸出的電壓為直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}；

其次，驅(qū)動(dòng)控制電路9根據(jù)外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd，對(duì)接收的直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}、直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}及三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，使其生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)，且通過(guò)PAM控制信號(hào)對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路4進(jìn)行閉環(huán)控制，從而對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，通過(guò)PWM控制信號(hào)對(duì)三相半橋逆變電路7進(jìn)行控制，從而驅(qū)動(dòng)被控高速永磁同步電機(jī)10，使其被控高速永磁同步電機(jī)10在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行。

具體實(shí)施方式三：參見(jiàn)圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二所述的采用直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法的區(qū)別在于，所述的驅(qū)動(dòng)控制電路9根據(jù)外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd，對(duì)接收的直流母線(xiàn)的輸入電壓u_{dc_in}、直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}及三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，使其生成PAM控制信號(hào)和PWM控制信號(hào)，且通過(guò)PAM控制信號(hào)對(duì)Buck-Boost調(diào)壓電路4進(jìn)行閉環(huán)控制，從而對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，通過(guò)PWM控制信號(hào)對(duì)三相半橋逆變電路7進(jìn)行控制，從而驅(qū)動(dòng)被控高速永磁同步電機(jī)10，使其被控高速永磁同步電機(jī)10在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行的具體過(guò)程為：

步驟一：采用無(wú)傳感器控制算法對(duì)三相半橋逆變電路7輸出的三相電流i_a，i_b，i_c進(jìn)行處理，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb和電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速n_fdb；

步驟二：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb對(duì)三相半橋逆變電路7輸出的三相電流i_a,i_b,i_c進(jìn)行解耦計(jì)算，得到基于轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q；

步驟三：根據(jù)d軸電流分量i_d、q軸電流分量i_q和外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd生成直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}和內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}；

步驟四：根據(jù)步驟三獲得的直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行電壓PI調(diào)節(jié)，生成的PAM控制信號(hào)對(duì)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}進(jìn)行閉環(huán)控制，直至直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}等于直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}；

同時(shí)，利用步驟三獲得的內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}對(duì)電機(jī)當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速n_fdb進(jìn)行速度PI調(diào)節(jié)，并根據(jù)速度PI調(diào)節(jié)的結(jié)果對(duì)d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q進(jìn)行雙閉環(huán)電流PI調(diào)節(jié)，獲得d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q，然后根據(jù)步驟一獲得的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ_fdb對(duì)d軸電壓分量u_d和q軸電壓分量u_q進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得兩相靜止坐標(biāo)系下α軸電壓分量u_α和β軸電壓分量u_β，并根據(jù)直流母線(xiàn)的輸出電壓u_dc_o_ut對(duì)α軸電壓分量u_α和β軸電壓分量u_β進(jìn)行SVPWM調(diào)制，生成PWM控制信號(hào)，使其被控高速永磁同步電機(jī)10在直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行，從而完成直流母線(xiàn)電壓根據(jù)外部指令進(jìn)行的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

本實(shí)施方式中，其中，直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)策略依據(jù)永磁同步電機(jī)的d-q軸轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向數(shù)學(xué)模型，根據(jù)估算反電勢(shì)、所需轉(zhuǎn)矩電流以及額定電壓變化率來(lái)對(duì)確定所需直流母線(xiàn)的電壓值，進(jìn)而抑制繞組電流波動(dòng)，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、電流諧波和電機(jī)損耗。

直流母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)策略：

三相半橋逆變電路7的輸入直流母線(xiàn)電壓是Buck-Boost調(diào)壓電路4的輸出，但是其幅值是由根據(jù)被控高速永磁同步電機(jī)10的期望運(yùn)行狀態(tài)來(lái)進(jìn)行確定的。

具體實(shí)施方式四：參見(jiàn)圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式三所述的采用直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法的區(qū)別在于，，所述的步驟三中根據(jù)d軸電流分量i_d、q軸電流分量i_q和外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd生成直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}和內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}的具體過(guò)程為：

步驟三一：將獲得的d軸電流分量i_d和q軸電流分量i_q代入下述公式一，獲得電機(jī)運(yùn)行于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd時(shí)，期望施加到電機(jī)上的d軸電壓u_{d_ideal}和q軸電壓u_{q_ideal}；其中，

其中，R_s表示定子繞組電阻，L_d表示d軸等效電感，ω_e表示外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電氣角速度，L_q表示_q軸等效電感，ψ_f表示永磁體磁鏈；

步驟三二：根據(jù)期望施加到電機(jī)上的d軸電壓u_{d_ideal}和q軸電壓u_{q_ideal}代入下述公式二，獲得三相半橋逆變電路7的期望輸入電壓u_{dc_ideal}，其中，

步驟三三：根據(jù)三相半橋逆變電路7的期望輸入電壓u_{dc_ideal}，獲得Buck-Boost調(diào)壓電路4的期望輸出電壓u_{dc_real}，其中，

u_{dc_real}＝u_{dc_ideal}×120％ (公式三)，

步驟三四：當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值大于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}等于直流母線(xiàn)的期望電壓u_{dc_real}，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速；

當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值小于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}保持當(dāng)前電壓，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}等于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd；

當(dāng)期望輸出電壓u_{dc_real}的幅值等于直流母線(xiàn)的輸出電壓u_{dc_out}的幅值時(shí)，使直流母線(xiàn)的指令電壓u_{dc_cmd}等于直流母線(xiàn)的期望電壓u_{dc_real}，內(nèi)部指令轉(zhuǎn)速n_{cmd_inner}等于外部給定指令轉(zhuǎn)速n_cmd。

具體實(shí)施方式五：參見(jiàn)圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二、三或四所述的采用直流母線(xiàn)電壓可調(diào)的三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的直流母線(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法的區(qū)別在于，所述的三相半橋逆變電路7輸出的電壓信號(hào)的波形為正弦波。