专利名称：一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于PMSM逆变器死区效应补偿技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法及系统。
背景技术：
在基于电压空间矢量(SVPWM，即电压空间矢量脉冲调制技术)控制的PMSM调速系统中，逆变器(具体指三相逆变桥)的同一桥臂上两个开关管必须交替导通以满足工作要求，但由于逆变器的非线性特性会引起同一桥臂的两只开关管瞬间发生直通现象。因此，为了防止逆变器桥臂发生直通短路现象，在同一桥臂的上下两只开关管控制信号之间必须插入一个固定的开关延迟时间，然而延迟时间将加剧逆变器的非线性特征，使输出电压产生畸变，影响PMSM调速系统的性能。其中，PMSM为英文名称permanent magnet synchronousmotor的简称，是指根据电机的反电动势进行区分定义的电机:正弦反电势的永磁同步电机。为了克服死区效应，需要对死区引起的电压畸变进行补偿。目前，很多学者及工程技术人员对死区补偿做了大量的研究工作，并提出许多有效的补偿方法，主要分为以下三类:第一、基于电流极性的补偿方法:该死区效应补偿方法需要检测电流的极性，但由于死区期间永磁同步电机的反电动势和死区时间易造成电机相电流的过零箝位，因而很难准确地检测出瞬间电流极。因此，该补偿方法虽然简单，但难以达到永磁同步电机调速系统控制要求的补偿效果。第二、基于特定负载的离线实验进行死区效应补偿:该死区效应补偿方法必须基于负载的已知运行参数进行补偿，因而该补偿方法需要大量的离线实验确定电流的相角及补偿的电压，该方法虽适合特定负载情况，但不利于实际调速系统的应用要求。第三、利用观测器在线补偿死区效应:如在已知负载信息的情况下，依赖高分辨率的位置传感器设计观测器实现死区效应补偿，但该死区效应补偿方法不适应于负载多变的情况且算法复杂；或者仅针对死区效应引起的谐波分量(主要是5、7次谐波)设计的观测器只能消除特定的谐波，但该方法只能部分消除由死区引起的谐波。第四、基于硬件电路进行死区效应补偿:该补偿方法需设计辅助的硬件电路对死区效应进行补偿，因而大幅度增加了系统成本。综上，现有的PMSM逆变器死区效应补偿方法，均不同程度地存在投入成本较大、补偿方法步骤较复杂、补偿效果较差等多种缺陷和不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种方法步骤简单、实现方便、能实现逆变器死区效应在线补偿且补偿效果好、实用价值高的永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是: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:由逆变器进行驱动的被控制永磁同步电机运行过程中，通过电流检测单元对被控制永磁同步电机的ABC三相电流分别进行实时检测，并通过信号采集电路一且按照预先设定的电流采样频率对电流检测单元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；同时，通过旋转角度检测单元对被控制永磁同步电机的转子旋转电角度进行实时检测，并通过信号采集电路二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；其中，
权利要求
1.一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(I)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对电流检测单元(I)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，. 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iak、ibk和i。,，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=l、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样周期内所采集的转子旋转电角度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/; = /2 = + x /i，其中A为正整数；j为旋转角度采样次数且j=l、2、3、…； A 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iak、ibk和iek，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4和L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:<dk— dk — d(k—” (1)，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a 'g、q* e^qk 二 V — lq(k -\)变化量Δ4和Δ&，式(I)中匕和匕为步骤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ia (k-0> ib α-υ和ic α-υ，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=l 时
2.按照权利要求1所述的一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于:步骤一中所述的被控制永磁同步电机(2)为表面式永磁同步电机，且步骤2033、步骤2034和步骤204中的Ld=Lq。
3.按照权利要求1或2所述的一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于:步骤202中A=IOO 1500。
4.按照权利要求1或2所述的一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于:步骤一中所述逆变器(5)的三个电源输出端通过ABC三相电缆与被控制永磁同步电机(2 )的三个电源输入端相接，且所述电流检测单元(I)包括两个分别对ABC三相电缆中任意两相电缆的相电流进行实时检测的电流采样电阻。
5.按照权利要求1或2所述的一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于:步骤204中调用SVPWM控制模块对计算得出的Vf和Vf进行分析处理之前，所述数据处 理器(4)还需调用低压滤波器模块对计算得出的 ‘和F/进行滤波处理。
6.按照权利要求1或2所述的一种永磁同步电机逆变器死区效应补偿方法，其特征在于:步骤204中所述数据处理器(4)调用SVPWM控制模块对计算得出的F/和F/进行分析处理时，先调用坐标变换模块将计算得出的〖,了和，先经Park逆变换再经Clark逆变换后，获得三相静止坐标系下当前时刻被控制永磁同步电机(2)的定子参考电压在a、b和c轴上的电压分量<、<和之后，再调用PWM发生模块对所获得的电压分量<、<和I进行空间矢量脉宽调制处理，并获得当前时刻对逆变器(5)进行控制的PWM信号。
7.一种实现权利要求1所述补偿方法的永磁同步电机逆变器死区效应补偿系统，其特征在于:包括数据处理器(4)、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的电流检测单元(I)、与电流检测单元(I)相接的信号采集电路一(3-1)、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的旋转角度检测单元(6)、与旋转角度检测单元(6)相接的信号采集电路二(3-2)以及分别与数据处理器(4)相接的数据存储单元(7)和参数输入单元(8)，所述信号采集电路一(3-1)和信号采集电路二(3-2)均与数据处理器(4 )相接，所述逆变器(5 )包括三相桥式逆变电路(5-1)和对三相桥式逆变电路(5-1)相接的功率开关驱动电路(5-2)，所述数据处理器(4)与功率开关驱动电路(5-2)相接；所述三相桥式逆变电路(5-1)的三个电源输出端通过ABC三相电缆分别与被控制永磁同步电机(2)的三个电源输入端相接。
8.按照权利要求7所述的永磁同步电机逆变器死区效应补偿系统，其特征在于:所述数据处理器(4)为DSP处理器或ARM处理器。
9.按照权利要求8所述的永磁同步电机逆变器死区效应补偿系统，其特征在于:所述DSP处理器为芯片TMS320F28335。
10.按照权利要求7、8或9所述的永磁同步电机逆变器死区效应补偿系统，其特征在于:所述旋转角度检测单元(6)为安装在被控制永磁同步电机(2)的动力输出轴上的光电编码器。
全文摘要
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。
文档编号H02P21/00GK103138671SQ201310090568
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者肖海峰, 祁树胜, 肖军, 汪春华, 柯善文, 薛荣辉, 康雪娟, 毕杨, 刘舟洲, 毛惠丰, 孙进博 申请人:西安航空学院