[发明专利]带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制方法及系统

权利要求书

1.带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制系统，其特征在于设有逆变器主电路、等效负载、电流检测模块、电流过零区域检测模块、过零区域阀值设定模块、主控制器模块和功率开关管驱动电路；

所述逆变器主电路设有稳压电容和开关管，逆变器主电路的输入端与电压源相连，逆变器主电路的输出端通过导线与等效负载的前端相连；

所述等效负载包括电感、电阻和反电动势，等效负载的后端通过导线与电流检测模块相连；

所述电流检测模块采用电流传感器，电流检测模块用于实现逆变器各相输出电流快速采集和检测，电流检测模块的输出端与电流过零区域检测模块和主控制器模块连接；

所述电流过零区域检测模块的输出端接主控制器模块，电流过零区域检测模块的输入端与过零区域阀值设定模块相连；

所述过零区域阀值设定模块设有电流运算器、电流阀值比较电路、逻辑组合电路；电流运算器的输入端接电流检测模块的输出端，电流运算器的输出端接电流阀值比较电路输入端，电流阀值比较电路输出端接电流过零区域检测模块的输入端；

所述主控制器模块设有算法运算器、逻辑保护电路、电源电路；算法运算器用于运行带电流过零区域控制的死区时间可变的逆变控制算法，带电流过零区域控制的死区时间可变的逆变控制算法主要由FCS-MPC算法、死区时间可变算法、过流区域监控算法、负载模型参数在线识别算法、防过流过压保护控制算法以及输入输出控制算法组成；过零区域监控算法根据负载参数自动计算设置电流过零区域检测模块最优的过零检测阀值，并实时监测传来的过零逻辑信号，当检测到过零逻辑信号有效时，该算法会立即禁用死区时间可变算法，使得逆变桥的死区时间都设定为开关管允许的最小死区时间，算法控制器运行在基本的FCS-MPC控制模式下，不对死区时间进行可变控制，每次开关切换时仅插入允许的最小死区时间；当检测到过零逻辑信号无效时，过零区域监控算法会立即启用死区时间可变算法，并根据换流规律，自动计算死区等效电压矢量，插入最优的死区状态和死区时间，进入正常的死区时间可变逆变控制算法，控制逆变器准确跟踪上参考信号；然后输出到逆变桥的驱动电路，控制功率开关管切换，从而实现参考信号的跟踪控制，逻辑保护电路用于硬件级别的过流过压保护；

所述功率开关管驱动电路用于将整体控制信号输出到逆变器主电路的各个开关管控制端，功率开关管驱动电路设有组合逻辑电路、光耦隔离电路、逆变桥功率开关管驱动电路、电源电路。

2.带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制方法，其特征在于采用如权利要求1所述带电流过零区域控制的死区时间可变逆变控制系统，所述方法包括以下步骤：

1)系统上电并完成初始任务后，进入循环控制周期；首先通电流检测模块采集感性负载的电流，然后根据采集的电流在线辨识负载的等效参数，并在之后的每个控制周期不断修正该参数；每次参数辨识完成后，系统根据辨识的参数设定FCS-MPC的控制模型的参数，同时计算出最佳的过零检测阀值，并输出给过零区域阀值设定模块；

2)电流过零区域检测模块从电流检测模块获取负载的实时电流数据，从过零区域阀值设定模块获取最优的过零区域阀值，然后通过内部的绝对值比较电路和组合逻辑电路判断出是否有某相电流在过零阀值区域范围内，若有，则使过零区间使能信号变为有效电平；否则为无效信号，并传送给主控制器模块；

3)主控制器模块内运行的控制程序在每个控制周期开始都检测过零区间使能信号是否有效，若有效，则算法会立即禁用死区时间可变算法的控制程序，控制器运行在基本的FCS-MPC控制模式下，即根据系统模型遍历所有可能的输出开关状态，预测出下一时刻所有可能的输出电流，通过代价函数选择最优的一种开关状态作为下一个时刻的输出；逆变桥的死区时间都设定为开关管允许的最小死区时间，不对死区时间进行可变控制，每次开关切换时仅插入允许的最小死区时间；反之，若信号无效，则死区时间可变算法的控制程度会被启用，具体控制过程为：首先根据当前控制周期的输出开关状态S(k)计算出所有可能被插入的死区开关状态，然后根据当前的三相负载电流方向计算出所有死区状态的死区等效电压矢量，然后根据系统模型和构造的误差代价函数计算出每个控制周期里死区等效电压矢量作用时间和欲输出的所有开关状态作用时间的最优值Td，然后再根据计算出的最优时间值Td计算出所有组合中误差最小的一个组合的开关状态组合作为下一个控制周期的输出，两种开关状态分别作用时间根据组合Td分配；

4)主控制器模块输出的逆变控制信号给功率开关管驱动电路，功率开关管驱动电路的主要功能是将整体控制信号输出到逆变器主电路的各个开关管控制端，该模块实现光耦隔离、功率管驱动，控制功率管快速切换实现逆变电压的输出，使得负载电流跟踪上参考信号；

5)程序完成一个控制周期的控制后又自动回到新的控制周期的开始，重新采样负载电流，如此循环，直到停机。