[发明专利]一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法

说明书

技术领域

本发明属于交流伺服逆变器软件设计技术领域，具体涉及一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)由于结构紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等优点，广泛应用于交流伺服系统中，而低速性能是伺服系统性能的重要指标，影响低速性能主要因素之一就是逆变器方面，而感应电动逆变器死区的存在会导致系统的不稳定。在伺服电动机系统中，为了防止直流母线电压的短路必须在同一桥臂的功率器件导通之前加入一定的触发死区。逆变器死区的存在使得逆变器的输出电压和参考电压之间存在误差，同时导致零电流的钳位现象，使得系统的效率和控制精度降低。通过研究逆变器死区对于输出电压的影响，死区的存在能够使得输出电压的基波降低5~15%左右。而且逆变器死区的存在使得逆变器的输出电流包含大量的谐波，加重了系统对电网的谐波污染，降低了整个控制系统的效率。而如果在死区的开始逆变器的输出电流很小(接近于零)时，将出现零电流钳位现象。

综上所述，考虑到开关器件固有特性和死区效应的复杂性，用传统的方法来实现精确的死区补偿不够理想，所以本发明提出一种在线补偿算法，实验对交流伺服逆变器死区效应的补偿。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，针对逆变器的死区效应，提出了一种新型的在线补偿算法，该算法可以省掉开关器件没有必要的开通和关断，而且不需要任何额外的硬件电路和离线的实验测量，具有实现简单、输出波形谐波含量小等特点，较好地解决了系统在低频时输出电流的脉动，有效地消除了零电流钳位现象。

本发明基于交流伺服逆变器死区电压在线补偿的方法包括以下步骤：

步骤一、确定逆变器死区的产生

直流母线电压的短路必须在同一桥臂的功率器件导通之前加入一定的触发死区。逆变器死区的存在使得逆变器的输出电压和参考电压之间存在误差，同时导致零电流的钳位现象。一般功率器件的导通时间小于关断时间，如果不设置一定的触发延迟，将导致上下功率器件的直通，这个设定的触发延迟也就是逆变器的死区时间。

步骤二、确定逆变器输出电压和实际参考电压之间的关系

（1）逆变器死区造成脉冲电压和输出电流的方向相反。

（2）逆变器死区造成的脉冲电压宽度为死区时间，在一个电流周期内的脉冲电压的个数为载波比。

（3）脉冲电压的高度为直流母线电压。

逆变器死区造成的单个脉冲电压不会对伺服系统造成多大的影响，但是当脉冲电压的宽度足以和实际输出电压的宽度差不多时，则死区脉冲的积累足以使得系统产生很大的脉动，导致系统不稳定。

步骤三、确定误差电压

根据负载电流极性的不同，死区的作用可用误差电压矢量来描述，其方向按离散变化，并与三相电流极性相关，SVPWM逆变器因器件的开通、关断时间和死区时间而产生的误差电压矢量△U幅值恒定为

                     (1)

式中：△U为误差电压矢量幅值，U_dc为逆变器的直流电压，T_err为误差时间，T为调制周期。

随三相电流极性不同在空间有6个分布，定义误差时间为

                 (2)

式中：T_d为设置的死区时间，T_on为器件的开通时间， T_off为器件的关断时间。在两项静止参考坐标系下，、定子两相静止参考坐标系内，6个误差电压矢量与三相电流极性的对应关系为：规定电流方向以流入电机为正，按abc相序，相电流极性为正，用数字1表示，若极性为负，用数字0表示，组合成的数值即为对应的误差电压矢量。

                              (3)

式中：为对应的误差电压矢量，为给定电压矢量，△U_i为误差电压矢量。

步骤四、提供在线补偿

将式(1)误差电压矢量公式，转化为d、q轴坐标下的形式，其与三相电流极性有关：

(4)

式中：，△U_q为误差电压在q轴的分量，△U_d为误差电压在d轴的分量，θ为d轴与α轴的夹角，,分别为定子在d-q坐标系下q轴、d轴的电流。