[发明专利]永磁同步电机矢量控制死区补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机矢量控制死区补偿方法及系统，包括：1)对三相电流的采集以及对应坐标的变换、滤波以及坐标反变换；2)通过电机自带的编码器，检测出当前采样周期的电角度，并根据对应时间间隔的电角度变化，计算出对应的电角速度，进而计算出电角加速度，并进行低通滤波处理后，用于预测下一个采样周期的电角度；3)通过对比当前电角度和下一个周期的预测电角度以及三相电流在当前采样周期的电流值是否小于设定阀值，进而判断出当前是否是死区补偿时间；4)根据判断的电流过零点时的死区补偿时间以及电流大小，实施对应电压的补偿。本发明克服由于过量计算和采样滞后造成的死区补偿失败，实现电机具有实时性的高性能控制。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机矢量控制死区补偿方法及系统。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、响应快、功率高等优势，在新能源汽车、数控机床以及机器人等设备得到广泛的应用。目前，市场上现有的永磁同步电机控制系统(或者驱动器)一般都是采用矢量控制方法。矢量控制的核心思想是利用电机的定子绕组产生一个旋转磁场，进而推动转子旋转。然而要定子绕组要形成旋转的磁场，要求必须具有正弦变化的三相电流。现有的电机驱动系统基本采用交-直-交的逆变模式，并结合脉宽调节技术控制功率模块(如IGBT或者IPM)产生对应的正弦电流。

为了防止逆变器同一桥臂上下两个功率器件直通毁坏逆变器，需要人为地在控制信号中加入死区时间，在死区时间内两个功率器件均截止。此外，在逆变器工作时，开关时间存在延迟，并且关断时间通常延迟更长，死区时间的嵌入以及开关时间的滞后造成的时间误差导致了实际得到的电压值与理论值之间存在差异，致使电流的正弦波形出现畸变。这将对电压和转矩等各方面都产生影响，在低频时这种现象尤其明显，因为相同载波下，低频时一个周期内开关次数更多，并且低频时输出电压较低，时间误差比重越大。最直接的，它降低了系统的输出电压能力，乃至出现相移。

为了克服死区的影响，需要补偿死区造成的电压损失，相对于相电流大于零和小于零的情况，需要对相应相电压做不同的补偿。如何确定相电流的过零点是一个难点，也是多种算法的分析所在，它决定了死区补偿的成败。

专利文献CN 102931902 B公开了一种死区补偿方法：通过自适应滤波以及坐标变换计算d，q轴的电流id,iq，然后利用两者的反正切关系计算出电流矢量的角度，进而根据象限判断电流过零点，但这种方法只适用于交流异步电机控制的死区补偿，无法应用到永磁同步电机。因为永磁同步电机的d轴电流恒等于零，即id＝0。此外，该方法存在多次坐标变换，加重处理器的运算负担，进而会出现由于计算量过大而产生的滞后，致使过零点的误判，造成死区补偿失败。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机矢量控制死区补偿方法及系统，克服由于过量计算和采样滞后造成的死区补偿失败，实现电机具有实时性的高性能控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步电机矢量控制死区补偿方法，包括以下步骤：

1)永磁同步电机三相电流计算，包括：

步骤11:坐标变换，由三相电流i_a,b,c变换到静止坐标两相电流i_α，β，再由静止坐标两相电流i_α，β变换到旋转坐标两相电流i_d,q。

其中，θ为电机电角度；

步骤12：自适应滤波，把正弦变化的三相交流信号通过上述式(1)转化成两项直流信号后，采用自适应滤波器，分离出检测信号的直流分量具体实现如下：

其中，ω为权系数，i_d，q为三相电流在两相旋转坐标下的电流值；

权系数ω采用以下的迭代修正算法：