[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

摘要

本发明涉及一种永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置与补偿方法，位置传感器输入端连接永磁同步电机输出端，其输出端分别连接转速计算模块、坐标换模块和电流反变换模块；转速计算模块输出值作为速度环PI调节器输入；电流传感器将检测的永磁同步电机两相电流经求和模块输入坐标变换模块，同时也将两相电流输入坐标变换模块，坐标变换模块将三相电流坐标变换后输入增量式卡尔曼滤波器，增量式卡尔曼滤波器输出端连接电流反变换模块、q轴及d轴电流环；第一、第二电流环PI调节器输出端经电压反变换模块连接逆变器，电流反变换模块的输出端连接死区补偿模块的输入端，死区补偿模块的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端连接永磁同步电机的输入端。

主权项

一种永磁同步电机电流滤波及死区补偿装置的补偿方法，其特征在于：所述补偿装置包括位置传感器、永磁同步电机、转速计算模块、坐标变换模块、电流反变换模块、速度环PI调节器、电流传感器、求和模块、增量式卡尔曼滤波器、第一电流环PI调节器、电压反变换模块、第二电流环PI调节器、逆变器和死区补偿模块；所述坐标变换模块、增量式卡尔曼滤波器和第一电流环PI调节器构成q轴电流环；所述坐标变换模块、增量式卡尔曼滤波器和第二电流环PI调节器构成d轴电流环，所述q轴电流环和d轴电流环构成电流环；所述位置传感器的输入端连接所述永磁同步电机的输出端，所述位置传感器的输出端分别连接所述转速计算模块、所述坐标换模块和电流反变换模块，将采集到的电角度θ传输至所述转速计算模块、所述坐标换模块和电流反变换模块；所述转速计算模块输出的转速ω作为负反馈，并与给定转速指令值ω*取差值后，作为所述速度环PI调节器的输入；所述电流传感器连接所述永磁同步电机的定子，将检测到的永磁同步电机定子的三相电流中的两相电流经所述求和模块求和取负后输入所述坐标变换模块；所述电流传感器同时也将所述两相电流输入所述坐标变换模块，所述坐标变换模块将所述三相电流进行dq坐标变换后输入所述增量式卡尔曼滤波器，q轴电流检测值iq和d轴电流检测值id经所述增量式卡尔曼滤波器处理后，将q轴电流预测滤波值iq_pre分别输入所述q轴电流环和电流反变换模块，将所述d轴电流预测滤波值id_pre分别输入所述d轴电流环和电流反变换模块；所述q轴电流预测滤波值iq_pre作为q轴电流环负反馈，与所述速度环PI调节器的输出比较，比较值输入到所述第一电流环PI调节器得到q轴电压q轴电压传输至所述电压反变换模块；所述d轴电流检测值id_pre作为d轴电流环负反馈与预先给定的电流比较，比较值输入到所述第二电流环PI调节器得到d轴电压d轴电压传输至所述电压反变换模块；所述电压反变换模块的输出端连接所述逆变器的输入端；所述电流反变换模块的输出端连接所述死区补偿模块的输入端，所述死区补偿模块的输出端连接所述逆变器的输入端，所述逆变器的输出端连接所述永磁同步电机的输入端；所述补偿方法包括以下步骤：1)电流传感器将检测到的永磁同步电机三相定子电流ia、ib和ic输入至坐标变换模块内，对其进行abc/αβ的坐标变换，得到两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ：iαiβ=231-12-1203232iaibic,]]>式中，ic为ia、ib和的负值；2)在坐标变换模块内，根据接收到的永磁同步电机转子旋转过的电角度θ，对两相静止坐标系下的电流分量iα、iβ再进行αβ/dq坐标变换，得到两相同步旋转dq坐标系下的电流检测值id、iq：idiq=cosθsinθ-sinθcosθiαiβ,]]>式中，θ为永磁同步电机转子旋转过的电角度，由位置传感器获得；3)永磁同步电机转子旋转过的电角度θ输入至转速计算模块内，对电角度θ进行微分，得到转速反馈值ω；转速反馈值ω与预先给定的转速指令值ω*作为速度环PI调节器的输入，经过运算处理得到电流指令值4)电流检测值iq、id输入到增量式卡尔曼滤波器中，由增量式卡尔曼滤波器输出d轴电流预测滤波值id_pre和q轴电流预测滤波值iq_pre；5)电流指令值预先给定的电流分别与d轴电流预测滤波值id_pre和q轴电流预测滤波值iq_pre比较，比较值分别作为第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器的输入，经过运算处理分别得到第一电流环PI调节器、第二电流环调节器输出的参考电压6)d轴电流预测滤波值id_pre、q轴电流预测滤波值iq_pre和位置传感器输出的永磁同步电机转子旋转过的电角度θ分别输入到电流反变换模块，由电流反变换模块输出三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre；7)三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre输入死区补偿模块，死区补偿模块根据三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre的极性输出相应的补偿电压；所述死区补偿包括以下步骤：①死区补偿模块根据接收到的下一周期三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre，得到下一周期三相预测电流分别产生的相应电压误差Δua、Δub和Δuc：Δua=Td+Ton-ToffTsVdcsign(ia_pre),]]>Δub=Td+Ton-ToffTsVdcsign(ib_pre),]]>Δuc=Td+Ton-ToffTsVdcsign(ic_pre),]]>sign()为预测电流的极性，预测电流值>0时，sign()取值为1，否则为‑1；Td为设置的死区时间，Ton、Toff分别为器件导通时间与关断时间，Ts为控制周期，Vdc为直流母线电压；②将三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre产生的电压误差Δua、Δub和Δuc分别取负值，得到与三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre相应的补偿电压；8)参考电压输入电压反变换模块，电压反变换模块输出三相电压ua，ub，uc，与三相预测电流ia_pre、ib_pre和ic_pre相对应的补偿电压分别和三相电压ua，ub，uc叠加后输入逆变器，逆变器输出相应的三相电压到永磁同步电机，驱动永磁同步电机工作。