[發明專利]基于固定點采樣的三相電流傳感器誤差校正系統及方法

有效

• 申請號: 202010059135.0
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111239661B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 魯家棟;胡義華;王潔;倪鍇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

1.一種基于固定點采樣的三相電流傳感器誤差校正系統，其特征在于：

所述基于固定點采樣的三相電流傳感器誤差校正系統，逆變器由直流母線電壓供電，將逆變器三相橋臂中點分別與電機三相繞組相連，將電機三相繞組線纜分別正向穿過三相電流傳感器信號采集口，將逆變器中B、C兩相橋臂的下支路同時正向穿過三相電流傳感器信號采集口，利用電路拓撲結構，結合逆變器的開關狀態，分析得到兩個零電壓矢量下的三相電流采樣值，并結合其他基本電壓矢量作用下的電流值，最終分析得到三相電流傳感器誤差與采樣值之間的關系，安排電流采樣點，將電流采樣點進行固化處理。

2.一種利用權利要求1所述基于固定點采樣的三相電流傳感器誤差校正系統的方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟1.在開關周期兩端均為V₀作用下，設置電流采樣點，每相電流傳感器分別得到2個電流值，依據平均算法如公式(3)所示，得到三相電流傳感器在V₀作用下的電流值i_{AM_0}、i_{BM_0}、i_{CM_0}；

i_AM、i_BM、i_CM分別是A相電流傳感器、B相電流傳感器、C相電流傳感器測量得到的電流值，i_A、i_B、i_C分別是A相電流、B相電流、C相電流的真實值，i_AM、i_BM、i_CM與i_A、i_B、i_C的關系用公式(1)表示，其中f_A、f_B、f_C分別是A相電流傳感器、B相電流傳感器、C相電流傳感器的偏置誤差，k_A、k_B、k_C分別是A相電流傳感器、B相電流傳感器、C相電流傳感器的增益誤差；

利用電路拓撲和公式(1)，在八個基本電壓矢量作用下，i_AM、i_BM、i_CM與i_A、i_B、i_C的關系表示為表1所示的關系，其中S₀₀₀～S₁₁₁的下標數字“0”和“1”由左至右分別表示逆變器A、B、C三相橋臂的開關狀態，“0”表示對應相橋臂下管導通上管不導通，“1”表示對應相橋臂上管導通下管不導通；

表1

從表1中看出，依據i_AM、i_BM、i_CM與基本電壓矢量的關系，八個基本電壓矢量被分為4組，分別是矢量組一(V₀、V₁)、矢量組二(V₄、V₇)、矢量組三(V₂、V₃)、矢量組四(V₅、V₆)；

選取每個PWM周期的兩端也作為固定電流采樣點，電流采樣值表示為公式(2)和公式(3)，其中i_{AM_0}、i_{BM_0}、i_{CM_0}分別是三相電流傳感器在逆變器每個開關周期兩端電流采樣值的平均值；

其中，i_{AM_0_1}、i_{BM_0_1}、i_{CM_0_1}分別是三相電流傳感器在逆變器每個開關周期開始時的電流采樣值，i_{AM_0_2}、i_{BM_0_2}、i_{CM_0_2}分別是三相電流傳感器在逆變器每個開關周期結束時的電流采樣值；

步驟2.在開關周期中間V₇作用下，設置電流采樣點，每相電流傳感器分別得到1個電流值，得到三相電流傳感器在V₇作用下的電流值i_{AM_7}、i_{BM_7}、i_{CM_7}；

依據表1，在矢量組二的作用下，所有電流傳感器測量的電流值與三相電流是相對應的，選取基本電壓矢量V₇作為用于系統控制的電流采樣點，電流采樣值表示為公式(4)：

步驟3.分別利用每相電流傳感器在V₇和V₀作用下的電流值進行做差，如公式(5)所示，得到3個變量值Δi_AM、Δi_BM、Δi_CM；

用公式(4)的每一項減去公式(2)對應的項，得到公式(5)，其中Δi_AM、Δi_BM、Δi_CM分別為定義的中間變量：

步驟4.利用步驟3中得到的3個變量值，并利用公式(7)、公式(9)，對三相電流傳感器的增益誤差進行消除；

由公式(5)得到三相電流傳感器增益誤差的關系，表達為公式(6)：

k_A:k_B:k_C＝△i_AM:△i_BM:△i_CM (6)

定義補償系數x、y、z，如公式(7)所示，其中，i_AM'、i_BM'、i_CM'為補償后的三相電流檢測值：

補償系數x、y、z需要滿足公式(8)所示的雙重約束：

通過公式(8)求得補償系數x、y、z為公式(9)所示的值：

最終，利用公式(7)與公式(9)，將每相電流傳感器的檢測值乘以公式(9)中對應的補償系數，將每相電流傳感器的增益誤差予以消除；

步驟5.針對不同扇區，均在開關周期1/4和3/4處，設置電流采樣點，得到三相電流采樣值各2個，依據平均值算法，得到其平均值i_{AM_Sx}，i_{BM_Sx}，i_{CM_Sx}，x為2或者5，分別對應扇區II和扇區V；

輸出電壓矢量扇區II包含的兩個基本電壓矢量正好對應矢量組三中的兩個矢量，即V₂和V₃；輸出電壓矢量扇區V包含的兩個基本電壓矢量正好對應矢量組四中的兩個矢量，即V₅和V₆；當電流傳感器誤差校正指令來臨時，在輸出電壓矢量所經過的第一個可校正扇區，即扇區II或者扇區V，對電流傳感器偏置誤差進行校正；在扇區II和扇區V中的具體校正方法步驟如下：

1)區II：

當校正指令來臨，輸出電壓矢量首先經過扇區II時，每個PWM周期內將含有四個基本電壓矢量，分別是V₀，V₂，V₃，V₇，其中V₂和V₃是矢量組三的兩個電壓矢量，因此在扇區II，兩個有效電壓矢量作用下，三相電流傳感器檢測的電流值將不變，用公式(10)、公式(11)表示，其中，i_{AM_S2}，i_{BM_S2}，i_{CM_S2}分別表示在V₂和V₃作用下三相電流傳感器的檢測值，i_{AM_S2_1}、i_{BM_S2_1}、i_{CM_S2_1}分別表示在逆變器前半個斬波周期V₂和V₃作用下三相電流傳感器的電流采樣值，i_{AM_S2_2}、i_{BM_S2_2}、i_{CM_S2_2}分別表示在逆變器后半個斬波周期V₂和V₃作用下三相電流傳感器的電流采樣值：

利用公式(2)零電壓矢量V₀作用下的i_{AM_0}的值，得到A相電流傳感器的偏置誤差如公式(12)所示：

f_A＝i_{AM_0} (12)

利用公式(6)、公式(10)的第一項，并利用i_A+i_B+i_C＝0的特點，得到k_B·i_B的值，如公式(13)所示：

將公式(13)帶入公式(4)的第二項，結合在零電壓矢量V₇作用下的電流值，得到B相電流傳感器的偏置誤差，如公式(14)所示：

利用公式(4)的第三項*2減去公式(10)的第三項，得到C相電流傳感器的偏置誤差，如公式(15)所示：

f_C＝2i_{CM_7}-i_{CM_S2} (15)

綜上，在扇區II中，得到三相電流傳感器的偏置誤差，并且對其增益誤差進行平衡；

2)區V：

當校正指令來臨，輸出電壓矢量首先經過扇區V時，每個PWM周期內將含有四個基本電壓矢量，分別是V₀，V₅，V₆，V₇；其中V₅和V₆是矢量組四的兩個電壓矢量，因此在扇區V，兩個有效電壓矢量作用下，三相電流傳感器檢測的電流值將不變，用公式(16)、公式(17)表示，其中，i_{AM_S5}，i_{BM_S5}，i_{CM_S5}分別表示在V₅和V₆作用下三相電流傳感器的檢測值，i_{AM_S5_1}、i_{BM_S5_1}、i_{CM_S5_1}分別表示在逆變器前半個斬波周期V₅和V₆作用下三相電流傳感器的電流采樣值，i_{AM_S5_2}、i_{BM_S5_2}、i_{CM_S5_2}分別表示在逆變器后半個斬波周期V₅和V₆作用下三相電流傳感器的電流采樣值：

利用公式(2)零電壓矢量V₀作用下的i_{AM_0}的值，得到A相電流傳感器的偏置誤差，如公式(18)所示：

f_A＝i_{AM_0} (18)

利用公式(6)、公式(16)的第一項，并利用i_A+i_B+i_C＝0的特點，得到k_C·i_C的值，如公式(19)所示：

將公式(19)帶入公式(4)的第三項，結合在零電壓矢量V₇作用下的電流值，得到C相電流傳感器的偏置誤差，如公式(20)所示：

利用公式(4)的第二項*2減去公式(16)的第二項，得到B相電流傳感器的偏置誤差，如公式(21)所示：

f_B＝2i_{BM_7}-i_{BM_S2} (21)

綜上，在扇區V中，得到三相電流傳感器的偏置誤差，并且對其增益誤差進行平衡；

對于A相電流傳感器的偏置誤差，始終等于i_{AM_0}的值；

對于B相、C相電流傳感器的偏置誤差，在扇區II時，利用公式(14)、公式(15)進行計算；在扇區V時，利用公式(20)、公式(21)進行計算。