逆变器输出电压检测方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明实施例涉及电机控制技术领域，更具体地说，涉及一种逆变器输出电压检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

由于无速度传感器控制方案具有成本低、可靠性高的优点，目前在电机驱动系统中已获得广泛应用。矢量控制系统下无速度传感器控制方案的关键是旋转坐标系定向角度的观测。现有基于电机t型等效模型的观测均直接或者间接的基于电机三相输入电压。

电机三相电压通常采用逆变器脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)占空比反算得到。然而由于电压型逆变器死区时间、功率管压降等非理想因素，反算电压与真实电压之间存在误差，在低输出频率下，误差电压甚至大于真实输出电压，严重降低定向角度观测的准确性。

现有的逆变器非线性补偿方法一定程度上可以降低误差电压，但是该方法需基于逆变器输出电流检测和逆变器非线性模型，而实际情况下因电流开关纹波以及逆变器非对称性的影响，很难精确建模，限制了补偿方案的精度。

为避免上述问题采取的方式是通过电压检测电路直接检测输出电压，目前已有的方案有：

高电平时间检测法，通过硬件电路直接检测逆变器在脉冲宽度调制模式下的输出电压高电平时间，结合母线电压和高电平时间，计算得到输出相电压。但该方案只适合于检测两电平拓扑下逆变器输出相电压，不能应用于线电压检测和多电平输出电压检测，而且该方案是通过硬件比较的形式不能有效的反映实际输出电压斜率变化，并忽略了逆变器非线性电压误差中功率管压降部分。

多段电压比较检测法，采用多段电压比较的形式，获取逆变器不同电压下输出时间，累计获得脉冲宽度调制下开关周期内的平均值。该方案一定程度上可以体现输出电压斜率变化，并且能够检测多电平电压。但是该方案的多段数与硬件系统复杂度成正比，提高了硬件系统成本和复杂度，且依旧不能体现功率管压降部分。

低通滤波检测法，这类方案通过有源或者无源的形式搭建低通滤波器，滤除逆变器输出脉冲宽度调制信号中的高频量。在低通滤波采样方案下随着实际频率的提高，滤波后电压幅度值降低，难以保障模拟信号的采样精度。而且在正常运行频率低的场合，为保障电压检测精度，需要调整硬件时间常数，适用范围窄。除此之外，低通滤波还存在相位和幅值误差，为精确补偿，需要采用高精度滤波电容，成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种逆变器输出电压检测方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有逆变器输出电压采样方法缺点的问题，如高电平时间检测法：不能应用于线电压检测和多电平输出电压检测，且忽略了逆变器非线性电压误差中功率管压降部分，不能有效反应输出电压斜率变化；多段电压比较检测法：提高了硬件系统成本和复杂度，且不能体现功率管压降部分；低通滤波检测法：存在适用范围窄，且存在电压检测相位和幅度误差的问题。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种逆变器输出电压检测方法，包括：

根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，以及根据上一拍采样触发脉冲信号、当前拍采样触发脉冲信号以及高位电压信息，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积；

根据所述相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔及电压时间面积，确定相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值，并将所述相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压的平均值作为当前拍的输出电压。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测方法中，所述根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，包括：

在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，将第一时间积分子单元复位并启动积分累加；

在接收到当前拍采样触发脉冲信号时，存储所述第一时间积分子单元的积分累加数值，并将所述第一时间积分子单元的积分累加数值作为所述相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测方法中，所述根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积，包括：

在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，将第二时间积分子单元和电压时间面积积分子单元启动积分累加；

在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，存储所述第二时间积分子单元的积分累加数值，并将所述第二时间积分子单元的积分累加数值作为细分时间段，所述细分时间段为上一拍采样触发脉冲信号与sinc³滤波器输出采样完成信号之间的时间间隔，两个sinc³滤波器输出采样完成信号间的时间间隔，或者所述sinc³滤波器输出采样完成信号与当前拍采样触发脉冲信号之间的时间间隔；

将所述第二时间积分子单元的积分累加数值和接收到所述sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时的电压瞬时值的乘积作为所述细分时间段的电压时间面积；

将所述细分时间段的电压时间面积累加至电压时间面积积分子单元中，直到接收到当前拍采样触发脉冲信号，获取所述相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

本发明实施例还提供一种逆变器输出电压检测装置，包括采样单元、调制单元和解调单元，所述调制单元包括数模混合δσ芯片，所述解调单元包括电压时间积分单元和输出电压获取单元，其中：

所述采样单元，用于检测逆变器输出电压瞬时值；

所述数模混合δσ芯片，用于将所述逆变器输出电压瞬时值的模拟信号转换为数据位流；

所述解调单元，用于从所述数据位流中提取高位电压信息；

所述电压时间积分单元，用于根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，以及根据上一拍采样触发脉冲信号、当前拍采样触发脉冲信号以及所述高位电压信息，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积；

所述输出电压获取单元，用于根据所述相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔及电压时间面积，确定所述相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值，并将所述相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值作为当前拍的输出电压。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测装置中，所述电压时间积分单元包括第一时间积分子单元，所述第一时间积分子单元在接收到上一拍采样触发脉冲信号时复位，并在接收到当前拍采样触发脉冲信号时存储积分累加值以及积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测装置中，所述电压时间积分单元还包括第二时间积分子单元和电压时间面积积分子单元，所述解调单元包括sinc³滤波器，其中：

所述第二时间积分子单元，用于在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，启动积分累加，并在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，存储所述第二时间积分子单元的积分累加数值，并将所述第二时间积分子单元的积分累加数值作为细分时间段；所述细分时间段为所述采样触发脉冲信号与sinc³滤波器输出采样完成信号之间的时间间隔，或者两个sinc³滤波器输出采样完成信号间的时间间隔，或者所述sinc³滤波器输出采样完成信号与当前拍采样触发脉冲信号之间的时间间隔；

所述电压时间面积积分子单元，用于在接收到上一拍采样触发脉冲信号时启动积分累加，并在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，将所述第二时间积分子单元的积分累加数值和接收到所述sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时的电压瞬时值的乘积作为所述细分时间段的电压时间面积；以及将所述细分时间段的电压时间面积进行累加，直到接收到当前拍采样触发脉冲信号，获取所述相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测装置中，所述解调单元在现场可编程门阵列fpga中执行。

在本发明实施例所述的逆变器输出电压检测装置中，所述采样单元包括输出电压检测电路，所述输出电压检测电路用于检测第一输入端和第二输入端的电压偏差，包括：

在所述第一输入端连接在逆变器第一相的输出端，第二输入端连接在逆变器母线电压负极时，则检测第一相的输出相电压；在所述第一输入端连接在逆变器第一相的输出端，所述第二输入端连接在逆变器第二相的输出端，则检测第一相与第二相间的输出线电压；所述第一相为u、v或w三相中的任一一相，所述第二相为非第一相的另外两相中的任一一相。

本发明实施例还提供一种逆变器输出电压检测设备，包括存储单元和处理单元，所述存储单元中存储有可在所述处理单元执行的计算机程序，且所述处理单元执行所述计算机程序时实现如上所述的逆变器输出电压检测方法的步骤。

本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的逆变器输出电压检测方法的步骤。

本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法、装置、设备及存储介质具有以下有益效果：通过准确求取采样触发脉冲间电压时间面积积分方案和求取采样触发脉冲间平均电压方案，减小了由于采样点不匹配引起的采样误差，避免了采样脉冲时间间隔传递，提高了模块通用性。

附图说明

图1本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法的流程示意图；

图2本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法中积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔的流程示意图；

图3本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法中积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的逆变器输出电压检测装置的示意图；

图5是本发明实施例提供的逆变器输出电压检测设备的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。

本发明实施例提出一种逆变器输出电压检测方法求取采样触发脉冲间平均电压的方案。如图1所示，本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

步骤s1：根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，以及根据上一拍采样触发脉冲信号、当前拍采样触发脉冲信号以及高位电压信息，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

在该步骤中，根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，如图2所示，可通过以下步骤获得：

步骤s111：在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，将第一时间积分子单元复位并启动积分累加；

步骤s112：在接收到当前拍采样触发脉冲信号时，存储所述第一时间积分子单元的积分累加数值，并将第一时间积分子单元的积分累加数值作为相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔。

通常情况下电机控制系统中脉冲占空比调整频率为开关频率的一倍或两倍，常规逆变器开关频率在200hz到20khz范围内。脉冲占空比调整期间，逆变器给定电压保持不变。考虑到采样触发脉冲与解调单元中的sinc³滤波器输出采样点不一定匹配，且采样时间间隔不能整除，本发明实施例对电压时间积分进行优化，如图3所示，上述根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积，具体可通过以下步骤获得：

步骤s121：在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，将第二时间积分子单元和电压时间面积积分子单元启动积分累加(在第二时间积分子单元和电压时间积分单元启动前需分别清零)。

步骤s122：在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，存储第二时间积分子单元的积分累加数值，并将第二时间积分子单元的积分累加数值作为细分时间段；细分时间段为采样触发脉冲信号与sinc³滤波器输出采样完成信号之间的时间间隔，两个sinc³滤波器输出采样完成信号间的时间间隔，或者sinc³滤波器输出采样完成信号与当前拍采样触发脉冲信号之间的时间间隔。

步骤s123：将第二时间积分子单元的积分累加数值和接收到sinc³滤波器采样完成信号或者采样触发脉冲信号时的电压瞬时值的乘积作为细分时间段的电压时间面积。

步骤s124：将细分时间段的电压时间面积累加至电压时间面积积分子单元中，直到接收到当前拍采样触发脉冲信号，获取相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

步骤s2：根据相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔及电压时间面积，确定相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值，并将相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压的平均值作为当前拍的输出电压。

本发明实施例提供的逆变器输出电压检测方法以采样触发脉冲为基准，分别执行脉冲间时间间隔积分和电压时间面积积分，两者相除求取采样触发脉冲间的电压平均值。该实施例减小了由于采样点不匹配引起的采样误差，避免了采样脉冲时间间隔传递，提高了模块通用性。

本发明实施例还提供一种逆变器输出电压检测装置，如图4所示，该逆变器输出电压检测装置包括采样单元11、调制单元12和解调单元13，调制单元12包括数模混合δσ芯片，解调单元13包括电压时间积分单元和输出电压获取单元，其中：

采样单元，用于检测逆变器输出电压瞬时值，将模拟高电压信号按照比例转化为符合调制单元12电平要求的模拟低电压信号。具体地，采样单元11包括输出电压检测电路，在输出电压检测电路中可以采用分压电阻r1、r2、r3和r4实现，用于检测第一输入端uin1和第二输入端uin2的电压偏差，第一输入端uin1和第二输入端uin2满足对任意相或线电压的检测，且不限制电压形状，适用于两电平或者多电平差分电压信号。

具体地，在第一输出端uin1连接在逆变器第一相的输出端，第二输出端uin2连接在逆变器母线电压负极时，则采样器11检测第一相的输出相电压；在第一输出端uin1连接在逆变器第一相的输出端，第二输出端uin2连接在逆变器第二相的输出端，则采样器11检测第一相与第二相间的输出线电压。

其中，第一相可为u、v或w三相中的任一一相，第二相可为非第一相的另外两相中的任一一相。如第一输出端uin1连接在逆变器u相输出端，第二输出端uin2连接在逆变器母线电压负极，则采样器11检测输出u相电压；如第一输出端uin1连接在逆变器u相输出端，第二输出端uin2连接在逆变器v相输出端，则该模块检测输出u、v相间线电压。

上述调制单元12用于将模拟低电压信号高速转换成数据位流，并隔离输出，具体可采用数模混合δσ芯片完成，逆变器采用脉冲宽度调制技术，通过调整载波周期内输出电压脉冲宽度实现期望电压输出，在脉冲边沿处电压变化极快，常规在1微秒以内。常规的逐次逼近型采样方案关注电压点瞬时值，不能准确获取电压快速变化过程中电压时间面积。本发明实施例创新性引入数模混合δσ芯片采样方案，该方案能准确获得采样时间内的电压平均值，即使在电压快速变化过程中。数模混合δσ芯片采样方式下采样时间间隔根据调制单元12时钟和解调单元中的sinc³滤波器抽取率获取。例如20mhz时钟调制单元12结合32抽取率的sinc³滤波器，系统采样点输出时间间隔为1.6μs。

上述解调单元，用于从数据位流中提取高位电压信息，并在fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)中执行。

上述电压时间积分单元，用于根据上一拍采样触发脉冲信号及当前拍采样触发脉冲信号，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔，以及根据上一拍采样触发脉冲信号、当前拍采样触发脉冲信号以及高位电压信息，积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

上述电压时间积分单元包括第一时间积分子单元，第一时间积分子单元在接收到上一拍采样触发脉冲信号时复位，并在接收到当前拍采样触发脉冲信号时存储积分累加值以及积分计算相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔。

上述电压时间积分单元还包括第二时间积分子单元和电压时间面积积分子单元，其中：

第二时间积分子单元，用于在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，启动积分累加(在启动前需清零)；并在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，存储第二时间积分子单元的积分累加数值，并将第二时间积分子单元的积分累加数值作为细分时间段，细分时间段为采样触发脉冲信号与sinc³滤波器输出采样完成信号之间的时间间隔，两个sinc³滤波器输出采样完成信号间的时间间隔，或者sinc³滤波器输出采样完成信号与当前拍采样触发脉冲信号之间的时间间隔。

电压时间面积积分子单元，用于在接收到上一拍采样触发脉冲信号时，启动积分累加(在启动前需清零)，并在每一次接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时，将第二时间积分子单元的积分累加数值和接收到sinc³滤波器采样完成信号或者当前拍采样触发脉冲信号时的电压瞬时值的乘积作为细分时间段的电压时间面积；以及将细分时间段的电压时间面积累加，直到接收到当前拍采样触发脉冲信号，获取相邻两个采样触发脉冲信号间的电压时间面积。

上述输出电压获取单元，用于根据相邻两个采样触发脉冲信号间的时间间隔及电压时间面积，确定相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值，并将相邻两个采样触发脉冲信号间的采样电压平均值作为当前拍的输出电压。

本发明实施例还提供一种逆变器输出电压检测设备6，如图5所示，该逆变器输出电压检测设备6包括存储单元61和处理单元62，存储单元61中存储有可在处理单元62执行的计算机程序，且所述处理单元62执行所述计算机程序时实现如上所述逆变器输出电压检测方法的步骤。本实施例中的逆变器输出电压检测设备6与上述图1对应实施例中的逆变器输出电压检测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述逆变器输出电压检测方法的步骤。本实施例中的存储介质与上述图1对应实施例中的逆变器输出电压检测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。