[发明专利]一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统及电机系统

说明书

本发明公开了一种基于死区补偿的无位置矢量控制系统及电机系统，属于电力电子控制技术领域，包括：电流采样模块，其输入端连接至三相桥臂；观测模块，其第一输入端连接至电流采样模块的输出端，第二输入端用于接收电压矢量U_αβ，第三输入端连接至观测模块的第二输出端，用于估算电机转子的位置和角速度，并过滤掉其中的五次谐波和七次谐波；反馈控制模块，其三个输入端分别连接至观测模块的第一输出端、第二输出端以及电流采样模块的输出端；死区补偿模块，其第一输入端用于接收相电流，第二输入端连接至反馈控制模块的输出端；以及SVPWM模块，其输入端和输出端分别连接至死区补偿模块的输出端和三相桥臂。本发明能够提高永磁同步电机的控制性能。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，更具体地，涉及一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统及电机系统。

背景技术

近年来，能源短缺问题制约着人类社会的发展。随着我国高性能稀土永磁材料的发现以及电力电子器件不断地发展，工业自动化，机器人和电动汽车都广泛用到电机。运用于电气传动工控行业的电机主要分为交流电机和直流电机，其中交流电机又可分为感应式交流电机和永磁同步电机。永磁同步电机不仅具有可靠性高、结构简单、体积小、控制性能良好的优点，与直流电机相比，永磁同步电机内部没有机械换向器和电刷，因此其具有高可靠性，维修成本也相对较低；与感应式交流电机相比，永磁同步电机不需要励磁电流，其功率因数更高。目前，永磁同步电机被广泛地运用于工业生产、家用电器和交通运输等领域，提升永磁同步电机的控制性能具有很大的实用价值。

永磁同步电机的控制方法主要分为两种：直接转矩控制和矢量控制，这两种控制方法都需要精确的转子位置和角速度。因此，在电机控制系统之中，一般都会加入位置传感器如光电编码器。机械位置传感器虽然能够精确地提供转子的角度信息，但是也会给电机控制系统带来一定的负面影响，主要体现在：(1)机械位置传感器的价格普遍较高，电机控制系统安装位置传感器会增加成本，增大了电机驱动器的体积；(2)需要额外给电机和驱动器之间加上QEP编码接口电路，给工程应用带来不便，同时也不利于系统的稳定性；(2)机械位置传感器为电磁元件，受系统运行工况的影响比较大，其检测的精度容易受外部条件的制约，从而降低了系统的可靠性；(4)在一些受到工作条件限制的特殊应用场合，不能使用机械位置传感器，如空调压缩机系统，这样整个系统就不能正常运转。

电机无位置控制系统利用观测器根据系统的外部变量的实测值估算转子位置和角速度，而无需使用位置传感器，因此，能够很好的解决上述问题。但是，由于死区效应的影响，观测器估算得到的观测值与实际值往往存在较大误差，使得电机无位置控制系统的控制性能并不理想。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统及电机系统，其目的在于，提高永磁同步电机的控制性能。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统，包括：电流采样模块、观测模块、反馈控制模块、死区补偿模块以及SVPWM模块；

电流采样模块的输入端连接至电机逆变器的三相桥臂；电流采样模块用于采集任意两相电流，以将相电流变换至两相静止坐标系下，得到电流矢量i_αβ；

观测模块的第一输入端连接至电流采样模块的输出端，观测模块的第二输入端用于接收电机在两相静止坐标系下的电压矢量U_αβ，观测模块的第三输入端连接至观测模块的第二输出端；观测模块用于根据输入信号估算电机转子的位置和角速度，并过滤掉其中的五次谐波和七次谐波，得到转子的电角度观测值和角速度观测值

反馈控制模块的第一输入端连接至观测模块的第一输出端，反馈控制模块的第二输入端连接至观测模块的第二输出端，反馈控制模块的第三输入端连接至电流采样模块的输出端；反馈控制模块用于根据输入信号进行速度反馈控制和电流反馈控制，得到两相静止坐标系下的电压矢量指令值