[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

摘要

本发明公开了一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法，传统的方法来实现精确的死区补偿不够理想，从而针对逆变器的死区效应，提出了一种新型的在线补偿算法，该补偿算法主要包括四个步骤：确定逆变器死区的产生；确定逆变器输出电压和实际参考电压之间的关系；确定误差电压；提供在线补偿。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。

主权项

1. 一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法，其特征在于：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，在永磁同步电机磁场定向矢量控制中i_d=0，上式可转化为△U的函数，在误差矢量中U_dc可以测量，死区时间是常数，但是器件的开通时间、关断时间和器件本身的压降是随着工作条件变化的，在线补偿算法具体如下：永磁同步电机离散型数学模型为(5)式中：；;；为定子电压离散型，为k时刻定子电压，为k时刻由死区效应等引起的扰动电压，为k时刻定子电流，为（k-1）时刻定子电流，为k时刻峰值反电动势，T为调制周期，R为定子电阻，L为定子电感，,分别为定子在d-q坐标系下的d轴、q轴电压，ω为转子角速度，P为定子绕组的极对数，为转子永磁体磁极的励磁磁链，为定子电流，表达式为(6)式中：△_d、△_q为其它因素在d、q轴引起的电压扰动，△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，、分别为d、q轴由死区效应引起的扰动电压分量，为了估计扰动电压，由于在一个采样周期中扰动电压的变化量接近于0，即(7)为（k-1）时刻由死区效应等引起的扰动电压，由式(7)可知，当前时刻的扰动电压值可以通过前一时刻的扰动电压值来估计，即：(8)为k时刻当前扰动电压，为（k-1）时刻定子电压，为（k-2）时刻定子电流，为（k-1）时刻峰值反电动势，由于在测量过程中，为了消除高频噪声干扰，在此算法中引入一阶低通滤波器，其离散化数学模型为(9)式中为滤波器的截止频率，为低通滤波器数学表达式，为一阶低通滤波器变量，由于引入了滤波器，最终的扰动电压的数学模型可表示为(10)为k时刻最终的扰动电压，为（k-1）时刻最终的扰动电压，为k-1时刻当前扰动电压。