专利名称：基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法
技术领域：
本发明涉及交流伺服技术领域，更具体地说，涉及一种基于矢量作用等效的空间 矢量脉宽调制输出的死区补偿方法。
背景技术：
交流伺服系统作为现代工业生产的主要驱动源之一，是现代工业生产的基础技 术。交流伺服系统这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得 到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设 备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统等。在现代全数字交流伺服系统中，一般通过PWM (脉宽调制)技术驱动电压源型逆变 器实现对永磁同步电机进行控制。逆变器中，为了避免开关器件功率模块非理想特性导致 的一个桥臂上下两功率管直通现象，工程应用中必须加入死区时间。在死区时间内，由于上 下两功率管都没有触发信号，输出电压完全取决于输出电流的极性，因此输出电压是不可 控的，其直接结果是将导致输出电压畸变。为了避免输出电压畸变，现有技术中提出了很多关于死区补偿的方法，例如，采用 反馈电流滞环判断电流方向，修正开关器件开通时刻以实现死区补偿，该方法不需要附加 电路，但由于采用反馈电流滞环判断电流过零点，补偿精度较低，并将导致输出波形滞后； 基于实时检测开关器件导通时间的死区补偿和电压检测方法，该方法可实时精确地检测死 区时间，有利于提高电机系统性能，但附加电路成本较高。对于空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出死区补偿的方法，现有技术中往往采用与其 他脉宽调制输出相同的补偿方法，这些方法算法复杂，效果一般，且通用性不强。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中采用空间矢量脉宽调制输出时，死区补偿方法较 复杂的问题，提供一种可有效避免输出电压畸变，并且算法简单、通用性强的基于矢量作用 等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现一种基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法，其特征在于， 包括如下步骤判断永磁同步电机三相电流的方向；根据三相电流的方向和调制矢量所处扇区，判断死区时间逆变器每个桥臂开关器 件的电流流向，将死区等效为与其开关器件电流流向相同的调制矢量所处扇区基本空间矢 量的作用效果，并对该死区产生的作用效果进行补偿。 本发明中，计算两相同步旋转dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角，根据永磁 同步电机转子电角度与dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角获取dq坐标系下合成电流矢量的角度，再根据dq坐标系下合成电流矢量的角度滞后永磁同步电机某一相电流角度 η/2，获取该相电流角度，进而获取永磁同步电机三相电流角度，再根据三相电流角度获取 永磁同步电机三相电流的方向。本发明中，对一个PWM周期内多个死区产生的作用效果进行累加后，根据一个PWM 周期内多个死区产生的整体作用效果对补偿前实际输出的调制矢量相对理想输出的调制 矢量的差异进行补偿。对一个PWM周期内多个死区产生的作用效果进行累加后，采用增加或者减少调制 矢量所在扇区至少一个非零基本空间矢量作用时间的方式，对补偿前实际输出的调制矢量 相对理想输出的调制矢量的差异进行补偿。根据三相电流方向和调制矢量所处扇区，对至少一个非零基本空间矢量的作用时 间增加2倍死区时长或者减少2倍死区时长。本发明通过判断逆变器每个桥臂开关器件电流流向的方式，将死区作用等效为基 本空间矢量的作用效果，通过增加或者减少调制矢量所在扇区非零基本空间矢量作用时间 的方式，抵消死区作用效果，有效地实现了对空间矢量脉宽调制输出死区进行补偿，可大大 提升低速控制的效果。
图1为永磁同步电机控制的相量2为永磁同步电机相电流角度、dq坐标系下合成电流矢量角度、转子电角度三 者之间的关系示意3为调制矢量处于扇区一时一个PWM周期内开关器件状态示意4-1至图4-13为三相电流Iu > 0、Iv < 0、Iw < 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意5-1至图5-13为三相电流Iu > 0、Iv > 0、Iw < 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意6-1至图6-13为三相电流Iu > 0、Iv < 0、Iw > 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意7-1至图7-13为三相电流Iu < 0、Iv > 0、Iw > 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意8-1至图8-13为三相电流Iu < 0、Iv > 0、Iw < 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意9-1至图9-13为三相电流Iu < 0、Iv < 0、Iw > 0时，开关器件状态 13开关器件的电流流向示意图
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的主旨在于，在交流伺服系统中，采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出时， 死区补偿方法较复杂的问题，提供一种可有效避免输出电压畸变，并且算法简单、通用性强
1至状态 1至状态 1至状态 1至状态 1至状态 1至状态的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法。本发明基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的电压补偿方法，在进行补偿 之前，首先需要确定的是永磁同步电机三相电流的方向，这是进行补偿的基础，在三相电流 方向未知的情况下，是无法进行补偿操作的。常规方法是利用电流传感器直接检测三相电流值，进而判断电流方向，但由于相 电流存在振荡、PWM的开关噪声和零电流钳位现象，直接检测电流值来判断三相电流方向的 效果是很差的，本发明中将采用间接方法进行检测。参见图1，根据三相静止坐标系到两相同步旋转dq坐标系的变换规则，两相同步 旋转dq坐标系下合成电流矢量Is的角度与永磁同步三相电流是存在对应关系的，合成电 流矢量Is的角度是滞后三相中某相电流角度η/2的，当然通常是以滞后a相电流角度 η/2进行定义的。如图1中所示，合成电流矢量Is的角度滞后a相电流IuO为π/2，而永 磁同步电机三相电流相互差η 2/3，因此得知三相中任意一相的电流角度就可以得到其他 两相的电流角度，得到三相电流角度后，即可方便的判断三相电流的方向。如下表所示
权利要求
基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法，其特征在于，包括如下步骤判断永磁同步电机三相电流的方向；根据三相电流的方向和调制矢量所处扇区，判断死区时间逆变器每个桥臂开关器件的电流流向，将死区等效为与其开关器件电流流向相同的调制矢量所处扇区基本空间矢量的作用效果，并对该死区产生的作用效果进行补偿。
2.如权利要求1所述的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法， 其特征在于计算两相同步旋转dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角，根据永磁同步电 机转子电角度与dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角获取dq坐标系下合成电流矢量的 角度，再根据dq坐标系下合成电流矢量的角度滞后永磁同步电机某一相电流角度π/2，获 取该相电流角度，进而获取永磁同步电机三相电流角度，再根据三相电流角度获取永磁同 步电机三相电流的方向。
3.如权利要求1或2所述的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方 法，其特征在于对一个PWM周期内多个死区产生的作用效果进行累加后，根据一个PWM周 期内多个死区产生的整体作用效果对补偿前实际输出的调制矢量相对理想输出的调制矢 量的差异进行补偿。
4.如权利要求3所述的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法， 其特征在于对一个PWM周期内多个死区产生的作用效果进行累加后，采用增加或者减少 调制矢量所在扇区至少一个非零基本空间矢量作用时间的方式，对补偿前实际输出的调制 矢量相对理想输出的调制矢量的差异进行补偿。
5.如权利要求4所述的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法， 其特征在于根据三相电流方向和调制矢量所处扇区，对至少一个非零基本空间矢量的作 用时间增加2倍死区时长或者减少2倍死区时长。
全文摘要
本发明为了解决现有技术中采用空间矢量脉宽调制输出时，死区补偿方法较复杂的问题，提供一种可有效避免输出电压畸变，并且算法简单、通用性强的基于矢量作用等效的空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法。该补偿方法，通过判断逆变器每个桥臂开关器件电流流向的方式，将死区作用等效为基本空间矢量的作用效果，通过增加或者减少调制矢量所在扇区非零基本空间矢量作用时间的方式，抵消死区作用效果，有效地实现了对空间矢量脉宽调制输出死区进行补偿，可大大提升低速控制的效果。
文档编号H02M7/48GK101964597SQ20101026834
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者叶林华, 邹积浩 申请人:东元总合科技(杭州)有限公司