[发明专利]一种永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法，特别是关于一种永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法。

背景技术

永磁同步电机具有高效率、高功率密度、无碳刷等优点，在伺服场合获得了广泛应用。实际的系统一般都包含有一定程度的噪声，永磁同步电机伺服系统的电流噪声来源可以分成两种，一种是由于干扰、采样误差等非理想因素引起的白噪声，这是无法避免的。另一种是由于系统处于闭环控制的状态，将原有的白噪声当作输入误差进行调节，造成系统输出频繁扰动，从而引起更大的噪声。对于这一类型的噪声，可以采取合理的滤波方法，在反馈通道将系统白噪声最大限度地滤除，避免引起系统输出不必要的扰动，从而达到削弱噪声的目的。

低通滤波器是一种常用的滤波方法，它具有结构简单、计算负荷小的特点。滑动平均滤波本质上就是一种简易的低通滤波器，伺服领域中它被广泛应用于滤除电流、转速等信号中的高频随机噪声。但是，低通滤波器原理上对信号中的所有频率成分都存在延时，这样的延时会削弱系统的动态性能。

卡尔曼滤波是上世纪60年代发展起来的一种现代滤波方法，它是一种最小方差意义上的最优线性估计方法。与低通滤波器原理不同，卡尔曼滤波器使用到了系统数学模型，相当于获取了更多的系统信息，基于数学模型可以实现对系统状态量的滤波或估计，但代价是计算负荷明显增大。永磁同步电机伺服系统一般采用三相PWM电压源型逆变器驱动。为了避免同一桥臂上的两个开关同时导通，一般采取插入死区时间的方式来保证在一个开关导通之前另一开关已经关断。死区的插入相当于叠加了一个周期性脉动的干扰电压，这种干扰电压会引起相电流畸变进而引起电机输出电磁转矩的脉动。

为了获得正弦度更好的相电流波形，一般通过死区补偿的方式消除死区效应的影响。由于死区引起的干扰电压与相电流的极性存在着密切联系，相电流极性判断出错导致的误补偿会引起电流出现更大的畸变，因此死区补偿的关键在于相电流过零点的检测。直接根据A/D转换得到的检测值判断相电流极性容易受到采样噪声的影响，发生误补偿的几率比较大。传统方法根据输出电压矢量的位置判断相电流极性，避免了电流采样噪声带来的不利影响，同时提出在特定电流区域中只需对其中一相输出电压进行补偿的策略，然而对“电压矢量和感应电动势之间的夹角”的计算方法只适用于稳态过程，对于转速与电流等工况处于频繁波动的伺服系统并不适用。

采用数字控制方式时，控制量的施加存在一拍滞后延时。这种情况下，如果仍以当前周期的电流状态作为判断相电流极性的依据，那么对死区的补偿也会延迟一拍。如果在当前周期内电流极性已经发生改变，由于数字控制一拍滞后的影响，补偿电压在当前周期内不能得到立即响应，最快必须等到下一周期才能作出调整。这种情况下，当前周期内的死区补偿就相当于误补偿。对于死区补偿的一拍滞后问题，目前研究较少。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种有效削弱电流噪声和抑制死区引起的电磁转矩脉动的永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法。