[發明專利]一種新穎的交流伺服逆變器死區效應補償的方法

無效

• 申請號: 201210123376.2
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102624276A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉棟良;張遙;崔麗麗;鄭謝輝
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02P21/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于交流伺服逆變器軟件設計技術領域，具體涉及一種新穎的交流伺服逆變器死區效應補償的方法。

背景技術

永磁同步電動機(PMSM)由于結構緊湊、高功率密度、高氣隙磁通和高轉矩慣性比等優點，廣泛應用于交流伺服系統中，而低速性能是伺服系統性能的重要指標，影響低速性能主要因素之一就是逆變器方面，而感應電動逆變器死區的存在會導致系統的不穩定。在伺服電動機系統中，為了防止直流母線電壓的短路必須在同一橋臂的功率器件導通之前加入一定的觸發死區。逆變器死區的存在使得逆變器的輸出電壓和參考電壓之間存在誤差，同時導致零電流的鉗位現象，使得系統的效率和控制精度降低。通過研究逆變器死區對于輸出電壓的影響，死區的存在能夠使得輸出電壓的基波降低5~15%左右。而且逆變器死區的存在使得逆變器的輸出電流包含大量的諧波，加重了系統對電網的諧波污染，降低了整個控制系統的效率。而如果在死區的開始逆變器的輸出電流很小(接近于零)時，將出現零電流鉗位現象。

綜上所述，考慮到開關器件固有特性和死區效應的復雜性，用傳統的方法來實現精確的死區補償不夠理想，所以本發明提出一種在線補償算法，實驗對交流伺服逆變器死區效應的補償。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，針對逆變器的死區效應，提出了一種新型的在線補償算法，該算法可以省掉開關器件沒有必要的開通和關斷，而且不需要任何額外的硬件電路和離線的實驗測量，具有實現簡單、輸出波形諧波含量小等特點，較好地解決了系統在低頻時輸出電流的脈動，有效地消除了零電流鉗位現象。

本發明基于交流伺服逆變器死區電壓在線補償的方法包括以下步驟：

步驟一、確定逆變器死區的產生

直流母線電壓的短路必須在同一橋臂的功率器件導通之前加入一定的觸發死區。逆變器死區的存在使得逆變器的輸出電壓和參考電壓之間存在誤差，同時導致零電流的鉗位現象。一般功率器件的導通時間小于關斷時間，如果不設置一定的觸發延遲，將導致上下功率器件的直通，這個設定的觸發延遲也就是逆變器的死區時間。

步驟二、確定逆變器輸出電壓和實際參考電壓之間的關系

（1）逆變器死區造成脈沖電壓和輸出電流的方向相反。

（2）逆變器死區造成的脈沖電壓寬度為死區時間，在一個電流周期內的脈沖電壓的個數為載波比。

（3）脈沖電壓的高度為直流母線電壓。

逆變器死區造成的單個脈沖電壓不會對伺服系統造成多大的影響，但是當脈沖電壓的寬度足以和實際輸出電壓的寬度差不多時，則死區脈沖的積累足以使得系統產生很大的脈動，導致系統不穩定。

步驟三、確定誤差電壓

根據負載電流極性的不同，死區的作用可用誤差電壓矢量來描述，其方向按離散變化，并與三相電流極性相關，SVPWM逆變器因器件的開通、關斷時間和死區時間而產生的誤差電壓矢量△U幅值恒定為

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式中：△U為誤差電壓矢量幅值，U_dc為逆變器的直流電壓，T_err為誤差時間，T為調制周期。

隨三相電流極性不同在空間有6個分布，定義誤差時間為

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式中：T_d為設置的死區時間，T_on為器件的開通時間，?T_off為器件的關斷時間。在兩項靜止參考坐標系下，、定子兩相靜止參考坐標系內，6個誤差電壓矢量與三相電流極性的對應關系為：規定電流方向以流入電機為正，按abc相序，相電流極性為正，用數字1表示，若極性為負，用數字0表示，組合成的數值即為對應的誤差電壓矢量。

??????????????????????????????(3)

式中：為對應的誤差電壓矢量，為給定電壓矢量，△U_i為誤差電壓矢量。

步驟四、提供在線補償

將式(1)誤差電壓矢量公式，轉化為d、q軸坐標下的形式，其與三相電流極性有關：

(4)

式中：，△U_q為誤差電壓在q軸的分量，△U_d為誤差電壓在d軸的分量，θ為d軸與α軸的夾角，,分別為定子在d-q坐標系下q軸、d軸的電流。