專利名稱：基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交流伺服技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于矢量作用等效的空間 矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法。
背景技術(shù)：
交流伺服系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要驅(qū)動源之一，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)技 術(shù)。交流伺服系統(tǒng)這樣一種扮演重要支柱技術(shù)角色的自動控制系統(tǒng)，在許多高科技領(lǐng)域得 到了非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工、機器人、數(shù)控機床、大規(guī)模集成電路制造、辦公自動化設(shè) 備、雷達和各種軍用武器隨動系統(tǒng)、以及柔性制造系統(tǒng)等。在現(xiàn)代全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)中，一般通過PWM (脈寬調(diào)制)技術(shù)驅(qū)動電壓源型逆變 器實現(xiàn)對永磁同步電機進行控制。逆變器中，為了避免開關(guān)器件功率模塊非理想特性導(dǎo)致 的一個橋臂上下兩功率管直通現(xiàn)象，工程應(yīng)用中必須加入死區(qū)時間。在死區(qū)時間內(nèi)，由于上 下兩功率管都沒有觸發(fā)信號，輸出電壓完全取決于輸出電流的極性，因此輸出電壓是不可 控的，其直接結(jié)果是將導(dǎo)致輸出電壓畸變。為了避免輸出電壓畸變，現(xiàn)有技術(shù)中提出了很多關(guān)于死區(qū)補償?shù)姆椒?，例如，采?反饋電流滯環(huán)判斷電流方向，修正開關(guān)器件開通時刻以實現(xiàn)死區(qū)補償，該方法不需要附加 電路，但由于采用反饋電流滯環(huán)判斷電流過零點，補償精度較低，并將導(dǎo)致輸出波形滯后； 基于實時檢測開關(guān)器件導(dǎo)通時間的死區(qū)補償和電壓檢測方法，該方法可實時精確地檢測死 區(qū)時間，有利于提高電機系統(tǒng)性能，但附加電路成本較高。對于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)輸出死區(qū)補償?shù)姆椒?，現(xiàn)有技術(shù)中往往采用與其 他脈寬調(diào)制輸出相同的補償方法，這些方法算法復(fù)雜，效果一般，且通用性不強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中采用空間矢量脈寬調(diào)制輸出時，死區(qū)補償方法較 復(fù)雜的問題，提供一種可有效避免輸出電壓畸變，并且算法簡單、通用性強的基于矢量作用 等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法，其特征在于， 包括如下步驟判斷永磁同步電機三相電流的方向；根據(jù)三相電流的方向和調(diào)制矢量所處扇區(qū)，判斷死區(qū)時間逆變器每個橋臂開關(guān)器 件的電流流向，將死區(qū)等效為與其開關(guān)器件電流流向相同的調(diào)制矢量所處扇區(qū)基本空間矢 量的作用效果，并對該死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行補償。 本發(fā)明中，計算兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下合成電流矢量與q軸的夾角，根據(jù)永磁 同步電機轉(zhuǎn)子電角度與dq坐標(biāo)系下合成電流矢量與q軸的夾角獲取dq坐標(biāo)系下合成電流矢量的角度，再根據(jù)dq坐標(biāo)系下合成電流矢量的角度滯后永磁同步電機某一相電流角度 η/2，獲取該相電流角度，進而獲取永磁同步電機三相電流角度，再根據(jù)三相電流角度獲取 永磁同步電機三相電流的方向。本發(fā)明中，對一個PWM周期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行累加后，根據(jù)一個PWM 周期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的整體作用效果對補償前實際輸出的調(diào)制矢量相對理想輸出的調(diào)制 矢量的差異進行補償。對一個PWM周期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行累加后，采用增加或者減少調(diào)制 矢量所在扇區(qū)至少一個非零基本空間矢量作用時間的方式，對補償前實際輸出的調(diào)制矢量 相對理想輸出的調(diào)制矢量的差異進行補償。根據(jù)三相電流方向和調(diào)制矢量所處扇區(qū)，對至少一個非零基本空間矢量的作用時 間增加2倍死區(qū)時長或者減少2倍死區(qū)時長。本發(fā)明通過判斷逆變器每個橋臂開關(guān)器件電流流向的方式，將死區(qū)作用等效為基 本空間矢量的作用效果，通過增加或者減少調(diào)制矢量所在扇區(qū)非零基本空間矢量作用時間 的方式，抵消死區(qū)作用效果，有效地實現(xiàn)了對空間矢量脈寬調(diào)制輸出死區(qū)進行補償，可大大 提升低速控制的效果。


圖1為永磁同步電機控制的相量2為永磁同步電機相電流角度、dq坐標(biāo)系下合成電流矢量角度、轉(zhuǎn)子電角度三 者之間的關(guān)系示意3為調(diào)制矢量處于扇區(qū)一時一個PWM周期內(nèi)開關(guān)器件狀態(tài)示意4-1至圖4-13為三相電流Iu > 0、Iv < 0、Iw < 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意5-1至圖5-13為三相電流Iu > 0、Iv > 0、Iw < 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意6-1至圖6-13為三相電流Iu > 0、Iv < 0、Iw > 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意7-1至圖7-13為三相電流Iu < 0、Iv > 0、Iw > 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意8-1至圖8-13為三相電流Iu < 0、Iv > 0、Iw < 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意9-1至圖9-13為三相電流Iu < 0、Iv < 0、Iw > 0時，開關(guān)器件狀態(tài) 13開關(guān)器件的電流流向示意圖
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的主旨在于，在交流伺服系統(tǒng)中，采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)輸出時， 死區(qū)補償方法較復(fù)雜的問題，提供一種可有效避免輸出電壓畸變，并且算法簡單、通用性強
1至狀態(tài) 1至狀態(tài) 1至狀態(tài) 1至狀態(tài) 1至狀態(tài) 1至狀態(tài)的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法。本發(fā)明基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的電壓補償方法，在進行補償 之前，首先需要確定的是永磁同步電機三相電流的方向，這是進行補償?shù)幕A(chǔ)，在三相電流 方向未知的情況下，是無法進行補償操作的。常規(guī)方法是利用電流傳感器直接檢測三相電流值，進而判斷電流方向，但由于相 電流存在振蕩、PWM的開關(guān)噪聲和零電流鉗位現(xiàn)象，直接檢測電流值來判斷三相電流方向的 效果是很差的，本發(fā)明中將采用間接方法進行檢測。參見圖1，根據(jù)三相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的變換規(guī)則，兩相同步 旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下合成電流矢量Is的角度與永磁同步三相電流是存在對應(yīng)關(guān)系的，合成電 流矢量Is的角度是滯后三相中某相電流角度η/2的，當(dāng)然通常是以滯后a相電流角度 η/2進行定義的。如圖1中所示，合成電流矢量Is的角度滯后a相電流IuO為π/2，而永 磁同步電機三相電流相互差η 2/3，因此得知三相中任意一相的電流角度就可以得到其他 兩相的電流角度，得到三相電流角度后，即可方便的判斷三相電流的方向。如下表所示
權(quán)利要求
基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法，其特征在于，包括如下步驟判斷永磁同步電機三相電流的方向；根據(jù)三相電流的方向和調(diào)制矢量所處扇區(qū)，判斷死區(qū)時間逆變器每個橋臂開關(guān)器件的電流流向，將死區(qū)等效為與其開關(guān)器件電流流向相同的調(diào)制矢量所處扇區(qū)基本空間矢量的作用效果，并對該死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行補償。
2.如權(quán)利要求1所述的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法， 其特征在于計算兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下合成電流矢量與q軸的夾角，根據(jù)永磁同步電 機轉(zhuǎn)子電角度與dq坐標(biāo)系下合成電流矢量與q軸的夾角獲取dq坐標(biāo)系下合成電流矢量的 角度，再根據(jù)dq坐標(biāo)系下合成電流矢量的角度滯后永磁同步電機某一相電流角度π/2，獲 取該相電流角度，進而獲取永磁同步電機三相電流角度，再根據(jù)三相電流角度獲取永磁同 步電機三相電流的方向。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方 法，其特征在于對一個PWM周期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行累加后，根據(jù)一個PWM周 期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的整體作用效果對補償前實際輸出的調(diào)制矢量相對理想輸出的調(diào)制矢 量的差異進行補償。
4.如權(quán)利要求3所述的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法， 其特征在于對一個PWM周期內(nèi)多個死區(qū)產(chǎn)生的作用效果進行累加后，采用增加或者減少 調(diào)制矢量所在扇區(qū)至少一個非零基本空間矢量作用時間的方式，對補償前實際輸出的調(diào)制 矢量相對理想輸出的調(diào)制矢量的差異進行補償。
5.如權(quán)利要求4所述的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法， 其特征在于根據(jù)三相電流方向和調(diào)制矢量所處扇區(qū)，對至少一個非零基本空間矢量的作 用時間增加2倍死區(qū)時長或者減少2倍死區(qū)時長。
全文摘要
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中采用空間矢量脈寬調(diào)制輸出時，死區(qū)補償方法較復(fù)雜的問題，提供一種可有效避免輸出電壓畸變，并且算法簡單、通用性強的基于矢量作用等效的空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法。該補償方法，通過判斷逆變器每個橋臂開關(guān)器件電流流向的方式，將死區(qū)作用等效為基本空間矢量的作用效果，通過增加或者減少調(diào)制矢量所在扇區(qū)非零基本空間矢量作用時間的方式，抵消死區(qū)作用效果，有效地實現(xiàn)了對空間矢量脈寬調(diào)制輸出死區(qū)進行補償，可大大提升低速控制的效果。
文檔編號H02M7/48GK101964597SQ20101026834
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者葉林華, 鄒積浩 申請人:東元總合科技(杭州)有限公司