本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制方法。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)一般采用空間矢量算法，為保護(hù)逆變器直流側(cè)電源，在其開關(guān)器件的驅(qū)動信號中需加入死區(qū)時間，死區(qū)時間的存在使得逆變器輸出的相電壓、相電流畸變，特別是在低速、低電壓輸出情況下，會使轉(zhuǎn)矩脈動增大，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，對永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生許多負(fù)面影響。因此，對永磁同步電機(jī)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償具有重要意義。

在目前死區(qū)補(bǔ)償?shù)难芯恐?，一種方法是通過測量實(shí)際電壓與理想電壓比較得出誤差電壓，補(bǔ)償由逆變器引起的電壓誤差，但是電壓準(zhǔn)確檢測存在困難。另一種方法是采用電壓補(bǔ)償法，通過預(yù)測電流方法在αβ靜止坐標(biāo)系上補(bǔ)償一個與誤差電壓矢量大小相等、極性相反的補(bǔ)償電壓矢量來抵消或削弱誤差電壓的影響，這種方法具有易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是補(bǔ)償不夠精確。還有一種方法是采用干擾觀測器的方法對逆變器死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行在線死區(qū)補(bǔ)償，該方法把逆變器死區(qū)和開關(guān)器件的非理想特性所造成轉(zhuǎn)子交直軸電壓作為干擾電壓進(jìn)行在線估計(jì)，然后反饋到逆變器參考電壓進(jìn)行電壓前饋補(bǔ)償，該方法由于干擾觀測器的設(shè)置，補(bǔ)償電壓存在相位滯后。再就是采用時間補(bǔ)償法，將逆變器三相脈寬調(diào)制輸出的脈寬期望值組合作為交流伺服系統(tǒng)逆變器的電壓空間矢量輸出期望值，將設(shè)定死區(qū)時間作為死區(qū)補(bǔ)償時間的期望值，根據(jù)電流極性來補(bǔ)償死區(qū)，該方法需要電流的極性信息，但由于電流檢測裝置的零點(diǎn)飄移、干擾信號等因素的影響，使得電流極性準(zhǔn)確判斷存在困難,如果對電流過零點(diǎn)判斷不夠準(zhǔn)確反而會引起誤補(bǔ)償。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制方法，采用時間補(bǔ)償法，根據(jù)電流極性和補(bǔ)償時間調(diào)整每一相驅(qū)動信號脈沖寬度，使開關(guān)管實(shí)際開通時間與理想給定時間長度一致，保證逆變器輸出電壓與時間伏秒面積與理想伏秒面積相等，死區(qū)補(bǔ)償時間不僅考慮了設(shè)定的死區(qū)時間，還考慮了開關(guān)器件的開通關(guān)斷延遲時間，管壓降等因素，使死區(qū)補(bǔ)償時間更接近實(shí)際值，在此基礎(chǔ)上，在電機(jī)相電流過零區(qū)間設(shè)置了一個電流閾值，在電流閾值區(qū)間外采用固定值補(bǔ)償占空比，電流閾值區(qū)間內(nèi)采用線性補(bǔ)償占空比，本發(fā)明方法能有效地避免電流在過零點(diǎn)時由于電流波動可能導(dǎo)致的誤補(bǔ)償，并且在閾值區(qū)間內(nèi)采用線性補(bǔ)償，控制效果更平穩(wěn)。

本發(fā)明一種永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制方法，其基本思路是：根據(jù)電機(jī)相電流極性來補(bǔ)償損失的脈沖寬度，使開關(guān)管實(shí)際開通時間與理想?yún)⒖紩r間相等，并且在相電流零位附近設(shè)置電流閾值。第一步：定義死區(qū)補(bǔ)償控制算法中的參數(shù)，根據(jù)伏秒面積相等原理，計(jì)算出死區(qū)誤差電壓和死區(qū)誤差時間，死區(qū)誤差時間不僅考慮設(shè)定的死區(qū)時間，還考慮開關(guān)器件的開通關(guān)斷延遲時間，管壓降等，然后對該死區(qū)誤差時間進(jìn)行補(bǔ)償，死區(qū)補(bǔ)償時間與誤差時間相反，再將死區(qū)補(bǔ)償時間折算成補(bǔ)償占空比。第二步：在電機(jī)相電流過零區(qū)間設(shè)置一個電流閾值，避免電流波動導(dǎo)致的過零點(diǎn)檢測不準(zhǔn)，在電流閾值區(qū)間外采用固定值補(bǔ)償占空比，在電流閾值區(qū)間內(nèi)則采用線性補(bǔ)償占空比，并設(shè)置了補(bǔ)償系數(shù)，使控制效果更平穩(wěn)。

基于上述思路，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的所提出的永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制方法，其步驟如下：

第一步：根據(jù)選用的開關(guān)器件，設(shè)置死區(qū)時間t_d。

第二步：計(jì)算死區(qū)誤差時間t_err：

其中，i_x為相電流(i_a、i_b、i_c)，

t_on為開關(guān)管導(dǎo)通所需時間，t_off為開關(guān)管關(guān)閉所需時間；

T_s為伺服周期，V_s為開關(guān)管導(dǎo)通壓降，V_d為二極管導(dǎo)通壓降，V_dc為母線電壓。

第三步：計(jì)算死區(qū)誤差電壓ΔV，根據(jù)伏秒面積相等原理，在一個PWM周期內(nèi)，死區(qū)誤差電壓ΔV滿足下式：

ΔV*T_s＝t_err*V_dc*sign(i_x)

得到死區(qū)誤差電壓：

第四步：計(jì)算死區(qū)補(bǔ)償時間t_com，死區(qū)補(bǔ)償時間跟死區(qū)誤差時間相反：

t_com＝-t_err

第五步：將死區(qū)補(bǔ)償時間折算成死區(qū)補(bǔ)償占空比D_err：

則電流分別為正負(fù)極性時，死區(qū)補(bǔ)償占空比D_err-、D_err+分別為：

i_x＞0時，

i_x＜0時，

第六步：在相電流過零區(qū)間設(shè)置一個電流閾值Δi，避免電流在過零點(diǎn)時由于電流波動可能導(dǎo)致的誤補(bǔ)償，該閾值通過實(shí)驗(yàn)分析確定(一般為電機(jī)額定電流的2％～5％)，然后，在電流閾值區(qū)間外采用固定值補(bǔ)償占空比，閾值區(qū)間內(nèi)采用線性補(bǔ)償占空比來補(bǔ)償死區(qū)效應(yīng)，并設(shè)置了補(bǔ)償系數(shù)k(0≤k≤1)，使控制效果更平穩(wěn)，則一個周期內(nèi)占空比補(bǔ)償值D_comx為：

其中：i是電機(jī)相電流。

經(jīng)過死區(qū)補(bǔ)償后，實(shí)際輸出電壓的時間與理想輸出電壓的時間相等。

本發(fā)明永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制方法，采用時間補(bǔ)償法，根據(jù)電流極性和補(bǔ)償時間調(diào)整每一相驅(qū)動信號脈沖寬度，使開關(guān)管實(shí)際開通時間與理想給定時間長度一致，保證逆變器輸出電壓與時間伏秒面積與理想伏秒面積相等，死區(qū)補(bǔ)償時間不僅考慮了設(shè)定的死區(qū)時間，還考慮了開關(guān)器件的開通關(guān)斷延遲時間，管壓降等因素，使死區(qū)補(bǔ)償時間更接近實(shí)際值，在此基礎(chǔ)上，在電機(jī)相電流過零區(qū)間設(shè)置了一個電流閾值，在電流閾值區(qū)間外采用固定值補(bǔ)償占空比，電流閾值區(qū)間內(nèi)采用線性補(bǔ)償占空比，本發(fā)明方法能有效地避免電流在過零點(diǎn)時由于電流波動可能導(dǎo)致的誤補(bǔ)償，并且在閾值區(qū)間內(nèi)采用線性補(bǔ)償，控制效果更平穩(wěn)。

附圖說明

圖1是死區(qū)補(bǔ)償原理分析圖。

圖2是零電流鉗位死區(qū)補(bǔ)償原理圖。

圖3是死區(qū)補(bǔ)償算法流程示意圖。

圖4是死區(qū)補(bǔ)償在永磁同步電機(jī)中的控制框圖。

圖5是階躍電流仿真曲線對比圖。

圖6是正弦波電流仿真曲線對比圖。

圖7是正弦波電流仿真曲線對比(局部放大后)圖。

圖8是階躍電流實(shí)驗(yàn)曲線對比圖。

圖9是正弦波電流實(shí)驗(yàn)曲線對比圖。

圖10是正弦波電流實(shí)驗(yàn)曲線對比(局部放大后)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例：

選用永磁同步電機(jī)，額定功率P＝1kw，額定電流In＝5.3A，設(shè)定死區(qū)時間Td＝2us，電流閾值Δi＝2％*In＝0.1A；

電機(jī)在運(yùn)行過程中，將采集的相電流i輸入到死區(qū)補(bǔ)償模塊，根據(jù)設(shè)定的死區(qū)時間Td和實(shí)時采集的相電流i，計(jì)算出死區(qū)補(bǔ)償時間t_com和死區(qū)補(bǔ)償占空比D_err；

然后根據(jù)電流閾值Δi，判斷相電流i與電流閾值的關(guān)系，得到占空比補(bǔ)償值D_comx，并將該占空比補(bǔ)償值D_comx賦值到PWM產(chǎn)生模塊。

在matlab中對該死區(qū)補(bǔ)償算法進(jìn)行仿真，電流指令為階躍信號時未使用本發(fā)明算法(no compensation)和使用本發(fā)明算法(with compensation)的電流對比結(jié)果如圖5所示；電流指令為正弦信號時，未使用本發(fā)明算法(no compensation)和使用本發(fā)明算法(with compensation)的電流對比結(jié)果如圖6所示，局部放大如圖7所示。

采用1kw功率的永磁同步電機(jī)對該補(bǔ)償算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，電流指令為階躍信號時未使用本發(fā)明算法(no compensation)和使用本發(fā)明算法(with compensation)的電流對比結(jié)果如圖8所示；電流指令為正弦信號時，未使用本發(fā)明算法(no compensation)和使用本發(fā)明算法(with compensation)的電流對比結(jié)果如圖9所示，局部放大如圖10所示。

由仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明死區(qū)補(bǔ)償算法對死區(qū)效應(yīng)起到了補(bǔ)償作用，能有效減小電流穩(wěn)定時間和相位滯后，減小電流畸變，提高電流響應(yīng)性能。

本發(fā)明是一種基于永磁同步電機(jī)的死區(qū)補(bǔ)償控制算法，其關(guān)鍵點(diǎn)在于：為保證逆變器輸出電壓與時間伏秒面積與理想伏秒面積相等，首先計(jì)算出死區(qū)誤差電壓和死區(qū)誤差時間，對該死區(qū)誤差時間進(jìn)行補(bǔ)償，再將死區(qū)補(bǔ)償時間折算成補(bǔ)償占空比，然后根據(jù)電機(jī)相電流極性來補(bǔ)償損失的脈沖寬度，使開關(guān)管實(shí)際開通時間與理想?yún)⒖紩r間相等，死區(qū)補(bǔ)償時間不僅考慮了設(shè)定的死區(qū)時間，還考慮了開關(guān)器件的開通關(guān)斷延遲時間，管壓降等因素，使死區(qū)補(bǔ)償時間更接近實(shí)際值。