[发明专利]基于电流预测的适用于永磁电机控制的死区补偿方法

权利要求书

1.一种基于电流预测的适用于永磁电机控制的死区补偿方法，其特征在于，根据电机运行的频率分为低速区死区补偿策略和高速区死区补偿策略；

当电机运行低速阶段，首先将电机三相电流i_A、i_B和i_C通过三相静止坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到i_α和i_β，再将i_α和i_β通过两相静止坐标系变换到两相旋转坐标的变化公式得到dq轴电流i_d和i_q；然后将计算得到的i_d和i_q通过两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到预测的αβ轴电流i_{α_pre}和i_{β_pre}，其中坐标变换用到的φ通过φ＝θ+w_sT_s计算得到，其中，φ是下一拍同步旋转角度，θ是本拍电机同步旋转角度，w_s是同步角频率，T_s是采样间隔时间；再通过两相静止坐标系变换到三相静止坐标的变化公式得到预测的电机三相电流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}；通过计算得到的i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}进行死区补偿；具体补偿过程如下：主电路拓扑结构是三相电压型逆变器，A、B和C分别代表逆变器的三个桥臂，V1和V2对应A桥臂的两个IGBT器件；V3和V4对应B桥臂的两个IGBT器件；V5和V6对应C桥臂的两个IGBT器件；

A相通过判断i_{A_pre}的极性进行死区补偿，V_AO代表V1和V2的中间节点即A点对于接地点O的电压，是没有加入死区的理论电压波形；当i_{A_pre}＞0时，增加死区补偿后的V1导通的脉冲与V_AO保持一致、V2关断的脉冲提前死区时间T_dead关断；增加死区补偿后的V1关断的脉冲与V_AO保持一致、V2导通的脉冲延迟死区时间T_dead开通；当i_{A_pre}＜0时，增加死区补偿后的V1导通的脉冲延迟死区时间T_dead开通、V2关断的脉冲与V_AO保持互补；V1关断的脉冲提前死区时间T_dead关断、V2导通的脉冲与V_AO保持互补；

B相通过判断i_{B_pre}的极性进行死区补偿，具体补偿过程与A相相同；C相通过判断i_{C_pre}的极性进行死区补偿；

当电机运行高速阶段，首先将电机三相电流i_A、i_B和i_C通过三相静止坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到i_α和i_β，再将i_α和i_β通过两相静止坐标系变换到两相旋转坐标的变化公式得到i_d和i_q；然后将计算得到的i_d和i_q通过定子电压方程计算得到预测的dq轴电流i_{d_pre}和i_{q_pre}，i_{d_pre}和i_{q_pre}通过两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到预测的αβ轴电流i_{α_pre}和i_{β_pre}，其中坐标变换用到的φ通过φ＝θ+w_sT_s计算得到，其中，φ是下一拍同步旋转角度，θ是本拍电机同步旋转角度，w_s是同步角频率，T_s是采样间隔时间；再通过两相静止坐标系变换到三相静止坐标的变化公式得到预测的电机三相电流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}；通过计算得到的i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}进行死区补偿；具体补偿过程如下：主电路拓扑结构是三相电压型逆变器，A、B和C分别代表逆变器的三个桥臂，V1和V2对应A桥臂的两个IGBT器件；V3和V4对应B桥臂的两个IGBT器件；V5和V6对应C桥臂的两个IGBT器件；

A相通过判断i_{A_pre}的极性进行死区补偿，V_AO代表V1和V2的中间节点即A点对于接地点O的电压，是没有加入死区的理论电压波形；当i_{A_pre}＞0时，增加死区补偿后的V1导通的脉冲与V_AO保持一致、V2关断的脉冲提前死区时间T_dead关断；增加死区补偿后的V1关断的脉冲与V_AO保持一致、V2导通的脉冲延迟死区时间T_dead开通；当i_{A_pre}＜0时，增加死区补偿后的V1导通的脉冲延迟死区时间T_dead开通、V2关断的脉冲与V_AO保持互补；V1关断的脉冲提前死区时间T_dead关断、V2导通的脉冲与V_AO保持互补；

B相通过判断i_{B_pre}的极性进行死区补偿，具体补偿过程与A相相同；C相通过判断i_{C_pre}的极性进行死区补偿。

2.根据权利要求1所述的基于电流预测的适用于永磁电机控制的死区补偿方法，其特征在于，

1)低速区死区补偿策略

在低速阶段通过坐标变换得到电流预测值进行死区补偿控制，具体过程：

电机电流从三相静止坐标系变换到两相静止坐标的3/2变化公式：

式中,i_A、i_B和i_C分别代表电机三相电流；i_α、i_β分别代表两相静止αβ坐标轴电流；

电机电流从两相静止坐标系变换到两相旋转坐标的2/2变化公式：

式中,i_α、i_β分别代表αβ坐标轴电流；i_d、i_q分别代表两相旋转dq坐标轴电流；θ是本拍电机同步旋转角度；

下一拍同步旋转角度变为φ，通过本拍电机同步旋转角度θ计算得到φ，计算公式：

φ＝θ+w_sT_s (3)

式中，w_s是同步角频率；T_s是采样间隔时间；φ是下一拍同步旋转角度；

再通过两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到αβ坐标轴预测电流i_{α_pre}和i_{β_pre}，两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的2/2变化公式为：

式中，i_{α_pre}、i_{β_pre}分别代表αβ坐标轴预测电流；

最后通过两相静止坐标系变换到三相静止坐标的变化公式得到三相静止坐标轴预测电机三相电流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}，电机电流从两相静止坐标系变换到三相静止坐标的2/3变化公式：

式中，i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}分别代表电机三相预测电流；

2)高速区死区补偿策略

根据永磁电机的等效电路，电机的磁链方程如下所示：

式中,分别代表dq磁链；L_d、L_q分别是dq轴电感；i_d、i_q分别是dq轴电流；代表永磁体磁链；

电机的电压方程如下所示：

式中,U_d、U_q分别代表dq坐标轴电压；R_s代表电机定子电阻；p代表微分；w代表定子角频率；

将电机三相电流i_A、i_B和i_C通过三相静止坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到i_α和i_β，再将i_α和i_β通过两相静止坐标系变换到两相旋转坐标的变化公式得到i_d和i_q；

励磁电流变化率通过本拍励磁电流i_d和预测值i_{d_pre}得到，如公式(10)所示；同理转矩电流变化率计算公式如(11)所示；

式中,i_{d_pre}、i_{q_pre}分别代表dq坐标轴预测电流；T_s是采样间隔时间；

将式(10)和(11)带入式(8)和(9)可得：

通过上式得到励磁电流预测值i_{d_pre}和转矩电流预测值i_{q_pre}；

下一拍同步旋转角度变为φ，通过本拍电机同步旋转角度θ计算得到φ，计算公式：

φ＝θ+w_sT_s (14)

式中，w_s是同步角频率；θ是本拍电机同步旋转角度；φ是下一拍同步旋转角度；

再通过两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的变化公式得到αβ坐标轴预测电流i_{α_pre}和i_{β_pre}，两相旋转坐标系变换到两相静止坐标的变化公式为：

式中，i_{d_pre}、i_{q_pre}分别代表dq坐标轴预测电流；i_{α_pre}、_{iβ_pre}分别代表αβ坐标轴预测电流；

最后通过两相静止坐标系变换到三相静止坐标的变化公式得到三相静止坐标轴预测电流i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}，电机电流从两相静止坐标系变换到三相静止坐标的变化公式：

式中，i_{A_pre}、i_{B_pre}和i_{C_pre}分别代表电机三相预测电流。