[发明专利]一种永磁交流伺服系统电流环带宽扩展方法

说明书

本发明公开了一种永磁交流伺服系统电流环带宽扩展方法。根据空间矢量脉宽调制原理，计算零电压矢量的作用时间，通过判断微处理器的计算时间T_cal和零矢量的作用时间阈值T_lim的关系，确定电流采样和PWM占空比更新方式：当计算时间T_cal小于等于零矢量的作用时间阈值T_lim时，采用电流采样计算后即时更新PWM的方式；当计算时间T_cal大于零矢量的作用时间阈值T_lim时，采用双次电流采样双次更新PWM的方式。本发明在不改变功率器件开关频率和不限制电压输出能力的情况下，减小电流环路延时，从而扩展电流环带宽，改善电流环的控制性能。

【技术领域】

本发明涉及永磁交流伺服控制技术领域，尤其是一种永磁交流伺服系统电流环带宽扩展方法。

【背景技术】

永磁同步电机以其体积小、效率高、电磁转矩大、容易维护、控制方便等诸多优点，已广泛应用于数控机床、航空航天、工业机器人等领域。交流伺服系统一般由位置环、速度环和电流环三个控制回路组成，其中，电流环作为整个系统的最内环，其带宽大小直接影响到速度环和位置环的响应性能。

在永磁交流伺服控制系统中，制约电流环带宽的因素主要包括PWM开关频率和控制环路延时。提高开关频率会带来电流环带宽的增加，但由于受到功率器件性能、损耗和散热能力的限制，中小功率伺服系统的开关频率一般控制在10kHz左右，提升空间不大。因此，在保持PWM开关频率不变的前提下，减小控制环路的延时，对高性能伺服系统电流环带宽的扩展具有重要意义。

常规的电流环时序一般采用一个载波周期内单次电流采样单次PWM占空比更新的方式。为了提高电流环带宽，国内外诸多学者提出了双次电流采样双次PWM占空比更新的电流环时序策略和即时更新PWM占空比的电流环时序方法。其中，双次采样双次更新方式可以将带宽扩展至常规方法的2～2.67倍；即时更新方式可以将带宽扩展至常规方法的3倍左右，但该方法是通过适当限制电压输出能力实现的。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种永磁交流伺服系统电流环带宽扩展方法，该方法在开关频率不变的情况下，既能减小电流环路延时，同时还能保证较高的电压输出能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁交流伺服系统电流环带宽扩展方法，包括以下步骤：

1)定义电机驱动相序；

2)判断电流环响应是否有效；

3)对有效的电流环响应进行t＝k时刻的电流采样并计算PWM占空比，同时得到永磁交流伺服系统的微处理器的计算时间T_cal；

4)根据空间矢量脉宽调制原理，计算零电压矢量的作用时间，通过判断微处理器的计算时间T_cal和零矢量的作用时间阈值T_lim的关系，确定电流采样和PWM占空比更新方式：当计算时间T_cal小于等于零矢量的作用时间阈值T_lim时，采用电流采样计算后即时更新PWM的方式；当计算时间T_cal大于零矢量的作用时间阈值T_lim时，采用双次电流采样双次更新PWM的方式；更新方式确定后进行PWM占空比的更新；

5)PWM占空比更新后，进行t＝k+1时刻的电流环响应，重复步骤2)～5)。

所述的零矢量的作用时间阈值T_lim满足：

T_lim＝T_0min+T_v

式中，T_0min为零矢量作用时间的最小值；T_v为时间裕量，根据实际工况确定。