[发明专利]基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流伺服技术领域，更具体地说，涉及一种基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法。

背景技术

交流伺服系统作为现代工业生产的主要驱动源之一，是现代工业生产的基础技术。交流伺服系统这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统等

在现代全数字交流伺服系统中，一般通过PWM(脉宽调制)技术驱动电压源型逆变器实现对永磁同步电机进行控制。逆变器中，为了避免开关器件功率模块非理想特性导致的一个桥臂上下两功率管直通现象，工程应用中必须加入死区时间。在死区时间内，由于上下两功率管都没有触发信号，输出电压完全取决于输出电流的极性，因此输出电压是不可控的，其直接结果是将导致输出电压畸变。

为了避免输出电压畸变，现有技术中提出了很多关于死区补偿的方法，例如，采用反馈电流滞环判断电流方向，修正开关器件开通时刻以实现死区补偿，该方法不需要附加电路，但由于采用反馈电流滞环判断电流过零点，补偿精度较低，并将导致输出波形滞后；基于实时检测开关器件导通时间的死区补偿和电压检测方法，该方法可实时精确地检测死区时间，有利于提高电机系统性能，但附加电路成本较高。

但仅考虑死区效应进行补偿是存在缺陷的，这是因为开关器件的功率管及续流二极管均存在管压降，同时开关器件还存在硬件响应时间等因素，而上述这些因素都会影响输出电压，而现有技术中鲜有对上述因素进行综合考虑的补偿方案。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中采用脉宽调制输出时，仅考虑死区效应进行补偿的不足，提供一种可有效避免输出电压畸变，并同时将死区效应、开关器件功率管和续流二极管管压降以及开关器件响应时间进行考虑基于电压作用等效的电压补偿方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

判断永磁同步电机三相电流的方向；

根据每一相的电流方向，计算每一相PWM波等效的实际输出相电压；

对至少两相等效的实际输出相电压进行补偿，使得补偿后三相的线电压与理想三相的线电压相等。

本发明中，计算两相同步旋转dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角，根据永磁同步电机转子电角度与dq坐标系下合成电流矢量与q轴的夹角获取dq坐标系下合成电流矢量的角度，再根据dq坐标系下合成电流矢量的角度滞后永磁同步电机某一相电流角度π/2，获取该相电流角度，进而获取永磁同步电机三相电流角度，再根据三相电流角度获取永磁同步电机三相电流的方向。

本发明中，每一相等效的实际输出相电压，由每一相的PWM波的占空比、开关管压降、续流二级管压降、死区时间，根据电压面积等效进行计算，进一步，为了充分考虑各种因素对等效的实际输出相电压的影响，将开关管开启和关闭时间加入电压面积等效计算过程。

本发明中，对三相等效的实际输出相电压进行补偿前，先获取每一相在不同电流方向时，等效的实际输出相电压与理想的输出相电压之间的电压差值。

根据补偿时刻永磁同步电机三相电流的方向，获取使得补偿后三相的线电压与理想三相的线电压相等，三相电压补偿量与三相电压差值应具有的对应关系，指定三相中其中一相的电压补偿量，进而获取其他两相的电压补偿量。

根据补偿时刻永磁同步电机三相电流的方向，获取使得补偿后三相的线电压与理想三相的线电压相等，三相电压补偿量与三相电压差值应具有的对应关系，对三相中其中一相进行零电压补偿，进而获取其他两相的电压补偿量。

对三相中，永磁同步电机电流方向不同于另外两相的一相进行零电压补偿，使得永磁同步电机电流谐波相对较小。

对三相中，永磁同步电机电流方向相同的两相之一进行零电压补偿，以尽可能减小对逆变器功率管的损耗。

本发明通过电压作用等效及线电压等效作用，来实现对三相等效的实际输出相电压进行补偿，通过电压补偿的方式，在完成对死区效应补偿的同时，对开关器件功率管和续流二极管管压降以及开关器件响应时间的影响也一并进行了处理，电压补偿量的算法简单、精确，具有控制效果较好，适用范围较广等优点。

附图说明

图1为永磁同步电机控制的相量图

图2为永磁同步电机相电流角度、dq坐标系下合成电流矢量角度、转子电角度三者之间的关系示意图