[发明专利]一种交流伺服电机系统及其绕组三相电流的重构方法

权利要求书

1.一种交流伺服电机系统的绕组三相电流的重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、采用电压空间矢量实现矢量控制方式，通过给定的两相正交坐标系下的电压u_α、u_β经Clarke逆变换得到三相对称绕组电压u_a、u_b、u_c；

S20、计算三相对称绕组电压的输出电压矢量中两个电压矢量的幅值之和，若不超过阈值一，则执行步骤S30；若两个电压矢量的幅值之和超过阈值一，则执行步骤S40；

S30、在每个开关周期内的两个零矢量的作用时段，分别通过AD转换器采样电流传感器的输出值，从而得到三相绕组的电流值；

S40、若两个电压矢量的幅值之和超过阈值一，则根据当前电压矢量的位置选择采样方式，若开关周期内的两个电压矢量的幅值都大于阈值二，则执行步骤S50；若线性调制区域内出现输出电压矢量中，两个电压矢量的幅值之和超过阈值一，则根据当前电压矢量的位置选择采样方式，若开关周期内的两个电压矢量的幅值任何一个小于阈值二，则执行步骤S60；

S50、在直流母线侧安装另一个单电流传感器，在两个电压矢量作用时段，分别通过AD转换器采样母线上电流传感器的输出值，并根据电压矢量所处的扇区位置，确定两次采样对应的电流值，从而得到三相绕组的电流值；

S60、采用滑模电流观测器加反馈校正的方式获得三相绕组电流；

所述交流伺服电机系统，包括三相全桥逆变控制拓扑结构和永磁同步电机，所述永磁同步电机与所述三相全桥逆变控制拓扑结构的交流输出端连接，所述三相全桥逆变控制拓扑结构包括三相桥式逆变电路、直流电源和电流传感器，所述直流电源与所述三相桥式逆变电路的直流侧并联，所述三相桥式逆变电路包括A相、B相和C相，所述电流传感器用于检测流经所述B相上桥臂和所述C相上桥臂的电流和、以及检测流经所述C相下桥臂的电流值；或检测流经所述C相上桥臂的电流值、以及检测流经所述B相下桥臂和所述C相下桥臂的电流和；

所述电流传感器的一端连接在所述A相上桥臂和所述B相上桥臂的连接线上，以检测流经所述B相上桥臂和所述C相上桥臂的电流和，所述电流传感器的另一端连接在所述B相下桥臂和所述C相下桥臂的连接线上，以检测流经所述C相下桥臂的电流值；

或所述电流传感器的一端连接在所述B相上桥臂和所述C相上桥臂的连接线上，以检测流经所述C相上桥臂的电流值，所述电流传感器的另一端连接在所述A相下桥臂和所述B相下桥臂的连接线上，以检测流经所述B相下桥臂和所述C相下桥臂的电流和。

2.如权利要求1所述的绕组三相电流的重构方法，其特征在于，在所述步骤S20中，阈值一是由PWM开关周期t_s、功率器件的通断延迟时间t_d、电流建立时间t_set及AD转换器的最小采样保持时间t_s&h确定的，具体计算方法为：

其中U_thd1为电压矢量阈值一，U_amp为基本电压矢量的最大幅值。

3.如权利要求1所述的绕组三相电流的重构方法，其特征在于，在所述步骤S40中，阈值二是由PWM开关周期t_s、功率器件的通断延迟时间t_d、电流建立时间t_set及AD转换器的最小采样保持时间t_s&h确定的，具体计算方法为：

其中U_thd2为电压矢量阈值二，U_amp为基本电压矢量的最大幅值。

4.如权利要求1所述的绕组三相电流的重构方法，其特征在于，在所述步骤S60中，还包括以下步骤：

S601、根据交流电机的电压平衡方程：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_a=R_s{i}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{dt}+e_a\\ u_b=R_s{i}_b+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{dt}+e_b\\ u_c=R_s{i}_c+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{dt}+e_c\end{array}\right.$

建立开环的电流观测器：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_a}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_a+L(u_a-e_a)\\ \frac{{\mathrm{di}}_b}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_b+L(u_b-e_b)\\ \frac{{\mathrm{di}}_c}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_c+L(u_c-e_c)\end{array}\right.$

其中u_a、u_b、u_c为三相电压，i_a、i_b、i_c为三相电流，e_a、e_b、e_c为相反电势，R_s为电机绕组电阻，L为绕组电感；

S602、若已知电机的转子位置及角速度，便可由下式计算得到三相反电势：

其中e_a、e_b、e_c为相反电势，k_e为反电势系数，ω_r为转子角速度，θ为转子位置角；

S603、在开环观测器的基础上建立闭环滑模电流感测器：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_a}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_a+L(u_a-e_a+Z_a)\\ \frac{{\mathrm{di}}_b}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_b+L(u_b-e_b+Z_b)\\ \frac{{\mathrm{di}}_c}{dt}=-\frac{R_s}{L}{i}_c+L(u_c-e_c+Z_c)\end{array}\right.$

S604、通过采样获得一相绕组的电流，此时按下式的估算方式获得电流误差值，以A相电流为例：

其中Z_a、Z_b、Z_c为滑模开关控制量，k为控制增益，i_a、i_b、i_c为实际三相电流，为观测得到的三相电流。