一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法及系统

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法及系统，其方法包括步骤：一、信号实时采集及同步上传；二、逆变器死区效应在线补偿：对于任一个电流采样周期而言，其分析处理过程如下：采集信号接收及同步存储、分析处理时间判断、逆变器死区效应扰动电压在线观测和逆变器死区效应补偿；其系统包括数据处理器、电流检测单元、信号采集电路一、旋转角度检测单元、信号采集电路二以及分别与数据处理器相接的数据存储单元和参数输入单元。本发明设计合理、补偿方法步骤简单、实现方便且投入成本较低、补偿效果好，能有效解决现有PMSM逆变器死区效应补偿方法存在的投入成本较大、补偿方法步骤较复杂、补偿效果较差等问题。

主权项

一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、信号实时采集及同步上传：由逆变器(5)进行驱动的被控制永磁同步电机(2)运行过程中，通过电流检测单元(1)对被控制永磁同步电机(2)的ABC三相电流分别进行实时检测，并通过信号采集电路一(3‑1)且按照预先设定的电流采样频率f₁对电流检测单元(1)实时所检测信号同步进行采集，且将每一个电流采集周期内所检测的三相电流信号同步上传至数据处理器(4)；同时，通过旋转角度检测单元(6)对被控制永磁同步电机(2)的转子旋转电角度进行实时检测，并通过信号采集电路二(3‑2)且按照预先设定的旋转角度采样频率f₂对旋转角度检测单元(6)实时所检测信号同步进行采集，且将每一个旋转角度采集周期内所检测的转子旋转电角度同步上传至数据处理器(4)；其中，T_pwm为通过参数输入单元(8)预先输入的电压空间矢量控制周期；步骤二、逆变器死区效应在线补偿：采用数据处理器(4)且按照预先设定的分析处理频率f₃，由先至后对接收到的各电流采样周期内所采集的三相电流信号分别进行分析处理，并根据分析处理结果当前时刻逆变器(5)的死区效应进行在线补偿；其中，对各电流采集周期内所采集三相电流信号的分析处理方法均相同，且对于任一个电流采样周期而言，其分析处理过程如下：步骤201、采集信号接收及同步存储：数据处理器(4)将此时所接收到的当前电流采样周期内所采集的三相电流信号i_ak、i_bk和i_ck，同步存储至数据存储单元(7)内；式中，k为电流采样次数且k＝1、2、3、…；步骤202、分析处理时间判断：数据处理器(4)按照预先设定的分析处理频率f₃，分析判断此时是否需对当前电流采样周期内所采集信号进行分析处理：当需对当前电流采样周期内所采集信号进行分析处理时，数据处理器(4)将此时所接收到的当前旋转角度采集周期内所检测的转子旋转电角度θ_rj同步存储至数据存储单元(7)内，并进入步骤203；否则，转入步骤205；其中，其中A为正整数且A＝100～1500；j为旋转角度采样次数且j＝1、2、3、…；步骤203、逆变器死区效应扰动电压在线观测：所述数据处理器(4)调用死区效应扰动电压观测模块，对当前时刻逆变器(5)的死区效应扰动电压在线观测，且其在线观测过程如下：步骤2031、坐标变换：将当前电流采样周期内所采集的三相电流信号i_ak、i_bk和i_ck，先经Clark变换且再经Park变换后，获得两相同步旋转坐标系下当前电流采样周期内所采集的两相电流信号和并同步存储至所述数据存储单元(7)内；步骤2032、当前电流采样周期内的电流变化量计算：根据公式：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{dk}}^e=i_{\mathrm{dk}}^e-i_{d(k-1)}^e\\ {\mathrm{\Delta i}}_{\mathrm{qk}}^e=i_{\mathrm{qk}}^e-i_{q(k-1)}^e\end{array}\right.---\left(1\right),$计算得出两相同步旋转坐标系下当前电流采样周期内的电流变化量和式(1)中和为步骤2031中所获得的两相同步旋转坐标系下当前电流采样周期内所采集的两相电流信号；和为将数据存储单元(7)内存储的上一个电流采样周期内所采集的三相电流信号i_a(k‑1)、i_b(k‑1)和i_c(k‑1)，先经Clark变换且再经Park变换后，获得两相同步旋转坐标系下的两相电流信号；其中，当k＝1时，步骤2033、当前电流采样周期内定子侧感应电动势变化量计算：结合步骤2031中所获得的和以及步骤2032中计算得出的和并根据公式：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta V}}_d^e=V_d^{e^{*}}-R_s{i}_d^e-L_d\frac{{\mathrm{\Delta i}}_d^e}{T_i}\\ {\mathrm{\Delta V}}_q^e=V_q^{e^{*}}-R_s{i}_q^e-L_q\frac{{\mathrm{\Delta i}}_q^e}{T_i}\end{array}\right.---\left(2\right),$计算得出两相同步旋转坐标系下当前电流采样周期内被控制永磁同步电机(2)的定子侧感应电动势变化量和式(2)中R_s为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的定子电阻，和分别为当前时刻期望输出的被控制永磁同步电机(2)的定子参考电压在d轴和q轴上的电压分量，L_d和L_q分别为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的直轴主电感和交轴主电感，T_i为信号采集电路一(3‑1)的采样周期且所述参数输入单元(8)与数据处理器(4)相接；步骤2034、当前时刻逆变器死区效应扰动电压计算：将公式(2)代入公式：$\left[\begin{array}{c}{V}_{d\_\mathrm{dis}}^s\\ V_{q\_\mathrm{dis}}^s\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\sin \theta }_{\mathrm{rj}}& {\cos \theta }_{\mathrm{rj}}\\ -{\cos \theta }_{\mathrm{rj}}& {\sin \theta }_{\mathrm{rj}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{L}_d{\omega }_{\mathrm{rj}}{i}_{\mathrm{dk}}^e+{\psi }_f{\omega }_{\mathrm{rj}}-{\mathrm{\Delta V}}_q^e\\ L_q{\omega }_{\mathrm{rj}}{i}_{\mathrm{qk}}^e+{\mathrm{\Delta V}}_d^e\end{array}\right]---\left(3\right),$并结合步骤2031中所获得的和以及步骤2033中计算得出的和计算得出当前时刻逆变器(5)的死区效应扰动电压和式(3)中，ψ_f为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的转子磁链，θ_rj为步骤202中所存储的当前旋转角度采集周期内所检测的转子旋转电角度，ω_rj为当前时刻被控制永磁同步电机(2)的转子旋转角速度且其中θ_r(j‑1)为数据存储单元(7)内存储的上一个旋转角度采集周期内所检测的转子旋转电角度；其中，当j＝1时，θ_r(j‑1)＝0；步骤204、逆变器死区效应补偿：数据处理器(4)将公式(3)代入公式：$\left[\begin{array}{c}{V}_d^{e^{*}}\\ V_q^{e^{*}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_s+L_{d}p& -L_d{\omega }_j\\ L_q{\omega }_j& R_s+L_{q}p\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dk}}^e\\ i_{\mathrm{qk}}^e\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ {\psi }_f{\omega }_j\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{\cos \theta }_{\mathrm{rj}}& {\sin \theta }_{\mathrm{rj}}\\ {-\sin \theta }_{\mathrm{rj}}& {\cos \theta }_{\mathrm{rj}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{d\_\mathrm{dis}}^s\\ V_{q\_\mathrm{dis}}^s\end{array}\right]---\left(4\right),$计算得出当前时刻期望输出的被控制永磁同步电机(2)的定子参考电压在d轴和q轴上的电压分量和之后，数据处理器(4)调用SVPWM控制模块且按照预先设定的空间矢量调制周期T，对计算得出的和进行空间矢量脉宽调制处理，并相应得出当前时刻对逆变器(5)进行控制的PWM信号；其中，T＝T_pwm；式(4)中，p为微分算子，R_s为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的定子电阻，L_d和L_q分别为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的直轴主电感和交轴主电感，ψ_f为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的转子磁链，θ_rj为步骤202中所存储的当前旋转角度采集周期内所检测的转子旋转电角度，ω_j为当前时刻被控制永磁同步电机(2)的转子电角速度且ω_j＝n_p×ω_rj，其中ω_rj为步骤2034中推算出的当前时刻被控制永磁同步电机(2)的转子旋转角速度，n_p为通过参数输入单元(8)预先输入的被控制永磁同步电机(2)的极对数；步骤205、返回步骤201，对下一个电流采样周期内所采集的三相电流信号i_a(k+1)、i_b(k+1)和i_c(k+1)进行分析处理。