專利名稱：一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于PMSM逆變器死區(qū)效應(yīng)補償技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在基于電壓空間矢量(SVPWM，即電壓空間矢量脈沖調(diào)制技術(shù))控制的PMSM調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器(具體指三相逆變橋)的同一橋臂上兩個開關(guān)管必須交替導(dǎo)通以滿足工作要求，但由于逆變器的非線性特性會引起同一橋臂的兩只開關(guān)管瞬間發(fā)生直通現(xiàn)象。因此，為了防止逆變器橋臂發(fā)生直通短路現(xiàn)象，在同一橋臂的上下兩只開關(guān)管控制信號之間必須插入一個固定的開關(guān)延遲時間，然而延遲時間將加劇逆變器的非線性特征，使輸出電壓產(chǎn)生畸變，影響PMSM調(diào)速系統(tǒng)的性能。其中，PMSM為英文名稱permanent magnet synchronousmotor的簡稱，是指根據(jù)電機的反電動勢進行區(qū)分定義的電機:正弦反電勢的永磁同步電機。為了克服死區(qū)效應(yīng)，需要對死區(qū)引起的電壓畸變進行補償。目前，很多學(xué)者及工程技術(shù)人員對死區(qū)補償做了大量的研究工作，并提出許多有效的補償方法，主要分為以下三類:第一、基于電流極性的補償方法:該死區(qū)效應(yīng)補償方法需要檢測電流的極性，但由于死區(qū)期間永磁同步電機的反電動勢和死區(qū)時間易造成電機相電流的過零箝位，因而很難準(zhǔn)確地檢測出瞬間電流極。因此，該補償方法雖然簡單，但難以達到永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)控制要求的補償效果。第二、基于特定負載的離線實驗進行死區(qū)效應(yīng)補償:該死區(qū)效應(yīng)補償方法必須基于負載的已知運行參數(shù)進行補償，因而該補償方法需要大量的離線實驗確定電流的相角及補償?shù)碾妷?，該方法雖適合特定負載情況，但不利于實際調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用要求。第三、利用觀測器在線補償死區(qū)效應(yīng):如在已知負載信息的情況下，依賴高分辨率的位置傳感器設(shè)計觀測器實現(xiàn)死區(qū)效應(yīng)補償，但該死區(qū)效應(yīng)補償方法不適應(yīng)于負載多變的情況且算法復(fù)雜；或者僅針對死區(qū)效應(yīng)引起的諧波分量(主要是5、7次諧波)設(shè)計的觀測器只能消除特定的諧波，但該方法只能部分消除由死區(qū)引起的諧波。第四、基于硬件電路進行死區(qū)效應(yīng)補償:該補償方法需設(shè)計輔助的硬件電路對死區(qū)效應(yīng)進行補償，因而大幅度增加了系統(tǒng)成本。綜上，現(xiàn)有的PMSM逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，均不同程度地存在投入成本較大、補償方法步驟較復(fù)雜、補償效果較差等多種缺陷和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種方法步驟簡單、實現(xiàn)方便、能實現(xiàn)逆變器死區(qū)效應(yīng)在線補償且補償效果好、實用價值高的永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于該方法包括以下步驟:步驟一、信號實時采集及同步上傳:由逆變器進行驅(qū)動的被控制永磁同步電機運行過程中，通過電流檢測單元對被控制永磁同步電機的ABC三相電流分別進行實時檢測，并通過信號采集電路一且按照預(yù)先設(shè)定的電流采樣頻率對電流檢測單元實時所檢測信號同步進行采集，且將每一個電流采集周期內(nèi)所檢測的三相電流信號同步上傳至數(shù)據(jù)處理器；同時，通過旋轉(zhuǎn)角度檢測單元對被控制永磁同步電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度進行實時檢測，并通過信號采集電路二且按照預(yù)先設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度采樣頻率f2對旋轉(zhuǎn)角度檢測單元實時所檢測信號同步進行采集，且將每一個旋轉(zhuǎn)角度采集周期內(nèi)所檢測的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度同步上傳至數(shù)據(jù)處理器；其中，
權(quán)利要求
1.一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、信號實時采集及同步上傳:由逆變器(5)進行驅(qū)動的被控制永磁同步電機(2)運行過程中，通過電流檢測單元(I)對被控制永磁同步電機(2)的ABC三相電流分別進行實時檢測，并通過信號采集電路一(3-1)且按照預(yù)先設(shè)定的電流采樣頻率對電流檢測單元(I)實時所檢測信號同步進行采集，且將每一個電流采集周期內(nèi)所檢測的三相電流信號同步上傳至數(shù)據(jù)處理器(4);同時，通過旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(6)對被控制永磁同步電機(2)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度進行實時檢測，并通過信號采集電路二(3-2)且按照預(yù)先設(shè)定的旋轉(zhuǎn)角度采樣頻率f2對旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(6)實時所檢測信號同步進行采集，且將每一個旋轉(zhuǎn)角度采集周期內(nèi)所檢測的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度同步上傳至數(shù)據(jù)處理器(4 ); 其中，. 為通過參數(shù)輸入單元(8)預(yù)先輸入的電壓空間矢量控制周期； 步驟二、逆變器死區(qū)效應(yīng)在線補償:采用數(shù)據(jù)處理器(4)且按照預(yù)先設(shè)定的分析處理頻率f3，由先至后對接收到的各電流采樣周期內(nèi)所采集的三相電流信號分別進行分析處理，并根據(jù)分析處理結(jié)果當(dāng)前時刻逆變器(5)的死區(qū)效應(yīng)進行在線補償；其中，對各電流采集周期內(nèi)所采集三相電流信號的分析處理方法均相同，且對于任一個電流采樣周期而言，其分析處理過程如下: 步驟201、采集信號接收及同步存儲:數(shù)據(jù)處理器(4)將此時所接收到的當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)所采集的三相電流信號iak、ibk和i。,，同步存儲至數(shù)據(jù)存儲單元(7)內(nèi)；式中，k為電流采樣次數(shù)且k=l、2、3、…； 步驟202、分析處理時間判斷:數(shù)據(jù)處理器(4)按照預(yù)先設(shè)定的分析處理頻率f3，分析判斷此時是否需對當(dāng)前電流采樣`周期內(nèi)所采集信號進行分析處理:當(dāng)需對當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)所采集信號進行分析處理時，數(shù)據(jù)處理器(4)將此時所接收到的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度采樣周期內(nèi)所采集的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度Θ rJ同步存儲至數(shù)據(jù)存儲單元(7)內(nèi)，并進入步驟203 ;否則，轉(zhuǎn)入步驟205 ； 其中/; = /2 = + x /i，其中A為正整數(shù)；j為旋轉(zhuǎn)角度采樣次數(shù)且j=l、2、3、…； A 步驟203、逆變器死區(qū)效應(yīng)擾動電壓在線觀測:所述數(shù)據(jù)處理器(4)調(diào)用死區(qū)效應(yīng)擾動電壓觀測模塊，對當(dāng)前時刻逆變器(5)的死區(qū)效應(yīng)擾動電壓在線觀測，且其在線觀測過程如下: 步驟2031、坐標(biāo)變換:將當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)所采集的三相電流信號iak、ibk和iek，先經(jīng)Clark變換且再經(jīng)Park變換后，獲得兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)所采集的兩相電流信號4和L并同步存儲至所述數(shù)據(jù)存儲單元(7)內(nèi)； 步驟2032、當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)的電流變化量計算:根據(jù)公式:<dk— dk — d(k—” (1)，計算得出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)的電流a 'g、q* e^qk 二 V — lq(k -\)變化量Δ4和Δ&，式(I)中匕和匕為步驟2031中所獲得的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下當(dāng)前電流采樣周期內(nèi)所采集的兩相電流信號和為將數(shù)據(jù)存儲單元(7)內(nèi)存儲的上一個電流采樣周期內(nèi)所采集的三相電流信號ia (k-0> ib α-υ和ic α-υ，先經(jīng)Clark變換且再經(jīng)Park變換后，獲得兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相電流信號； 其中，當(dāng) k=l 時
2.按照權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于:步驟一中所述的被控制永磁同步電機(2)為表面式永磁同步電機，且步驟2033、步驟2034和步驟204中的Ld=Lq。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于:步驟202中A=IOO 1500。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于:步驟一中所述逆變器(5)的三個電源輸出端通過ABC三相電纜與被控制永磁同步電機(2 )的三個電源輸入端相接，且所述電流檢測單元(I)包括兩個分別對ABC三相電纜中任意兩相電纜的相電流進行實時檢測的電流采樣電阻。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于:步驟204中調(diào)用SVPWM控制模塊對計算得出的Vf和Vf進行分析處理之前，所述數(shù)據(jù)處 理器(4)還需調(diào)用低壓濾波器模塊對計算得出的 ‘和F/進行濾波處理。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法，其特征在于:步驟204中所述數(shù)據(jù)處理器(4)調(diào)用SVPWM控制模塊對計算得出的F/和F/進行分析處理時，先調(diào)用坐標(biāo)變換模塊將計算得出的〖,了和，先經(jīng)Park逆變換再經(jīng)Clark逆變換后，獲得三相靜止坐標(biāo)系下當(dāng)前時刻被控制永磁同步電機(2)的定子參考電壓在a、b和c軸上的電壓分量<、<和之后，再調(diào)用PWM發(fā)生模塊對所獲得的電壓分量<、<和I進行空間矢量脈寬調(diào)制處理，并獲得當(dāng)前時刻對逆變器(5)進行控制的PWM信號。
7.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述補償方法的永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)處理器(4)、對被控制永磁同步電機(2)的ABC三相電流分別進行實時檢測的電流檢測單元(I)、與電流檢測單元(I)相接的信號采集電路一(3-1)、對被控制永磁同步電機(2)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角度進行實時檢測的旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(6)、與旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(6)相接的信號采集電路二(3-2)以及分別與數(shù)據(jù)處理器(4)相接的數(shù)據(jù)存儲單元(7)和參數(shù)輸入單元(8)，所述信號采集電路一(3-1)和信號采集電路二(3-2)均與數(shù)據(jù)處理器(4 )相接，所述逆變器(5 )包括三相橋式逆變電路(5-1)和對三相橋式逆變電路(5-1)相接的功率開關(guān)驅(qū)動電路(5-2)，所述數(shù)據(jù)處理器(4)與功率開關(guān)驅(qū)動電路(5-2)相接；所述三相橋式逆變電路(5-1)的三個電源輸出端通過ABC三相電纜分別與被控制永磁同步電機(2)的三個電源輸入端相接。
8.按照權(quán)利要求7所述的永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理器(4)為DSP處理器或ARM處理器。
9.按照權(quán)利要求8所述的永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP處理器為芯片TMS320F28335。
10.按照權(quán)利要求7、8或9所述的永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償系統(tǒng)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)角度檢測單元(6)為安裝在被控制永磁同步電機(2)的動力輸出軸上的光電編碼器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁同步電機逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法及系統(tǒng)，其方法包括步驟一、信號實時采集及同步上傳；二、逆變器死區(qū)效應(yīng)在線補償對于任一個電流采樣周期而言，其分析處理過程如下采集信號接收及同步存儲、分析處理時間判斷、逆變器死區(qū)效應(yīng)擾動電壓在線觀測和逆變器死區(qū)效應(yīng)補償；其系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器、電流檢測單元、信號采集電路一、旋轉(zhuǎn)角度檢測單元、信號采集電路二以及分別與數(shù)據(jù)處理器相接的數(shù)據(jù)存儲單元和參數(shù)輸入單元。本發(fā)明設(shè)計合理、補償方法步驟簡單、實現(xiàn)方便且投入成本較低、補償效果好，能有效解決現(xiàn)有PMSM逆變器死區(qū)效應(yīng)補償方法存在的投入成本較大、補償方法步驟較復(fù)雜、補償效果較差等問題。
文檔編號H02P21/00GK103138671SQ201310090568
公開日2013年6月5日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者肖海峰, 祁樹勝, 肖軍, 汪春華, 柯善文, 薛榮輝, 康雪娟, 畢楊, 劉舟洲, 毛惠豐, 孫進博 申請人:西安航空學(xué)院