[發明專利]基于預測電流的電機控制器死區時間補償方法

在審

• 申請號: 202010470858.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111697897A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 吳平仿;陳雙;黃洪劍
• 申請（專利權）人: 上海大郡動力控制技術有限公司
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P27/12;H02M1/38;H02M7/5395
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 沈國良

1.一種基于預測電流的電機控制器死區時間補償方法，其特征在于本方法包括如下步驟：

步驟一、通過電流傳感器采集得到k時刻電機三相瞬時電流i_a^M(k)、i_b^M(k)和i_c^M(k)，并與k-1時刻采集電流i_a^M(k-1)、i_b^M(k-1)和i_c^M(k-1)作平均運算，得到(k-1)/2時刻三相電流瞬時平均值：

其中，i_a^M(k-1/2)、i_b^M(k-1/2)和i_c^M(k-1/2)分別為電機三相電流瞬時平均值；

步驟二、經過坐標變換模塊將三相靜止坐標系下的電機三相電流瞬時平均值i_a^M(k-1/2)、i_b^M(k-1/2)和i_c^M(k-1/2)變換到dq旋轉坐標系下的i_d^M(k)和i_q^M(k)，其中坐標變換模塊在變換過程采用的角度θ₁(k)是由角度傳感器檢測到的電機轉子角度，電機轉子角度θ_e(k)為經過第一角度補償模塊補償后的角度，

θ₁(k)＝θ_e(k)-ω_e(k)t₁ (2)

式中，t₁是電流采集總延遲時間，其包含硬件電路傳輸延遲時間和電流平均延遲時間，ω_e(k)是k時刻電機電角速度；

步驟三、電機控制器輸入的電流指令i_d^*(k)和i_q^*(k)分別與i_d^M(k)和i_q^M(k)作差，其差值分別經過電流調節器模塊進行運算,得到dq軸旋轉坐標系下的電壓指令u_d^M(k)和u_q^M(k)，

式中，K_pd、K_itd和K_pq、K_itq分別為d、q軸電流調節器增益，z^-1為單位延遲因子；

步驟四、利用得到的i_d^M(k)和i_q^M(k)、u_d^M(k)和u_q^M(k)計算預測電流i_d^P(k+1)和i_q^P(k+1)：

式中，分別為由i_d^M(k)、i_q^M(k)查表得到的磁鏈，分別為由i_d^M(k)、i_q^M(k)查表得到的動態電感，R_s為電機定子繞組電阻，T_s為控制周期；

步驟五、經過逆Park變換模塊將電壓參考指令u_d^M(k)和u_q^M(k)變換到靜止αβ坐標系下的u_α^M(k)和u_β^M(k)，其中逆Park變換模塊在變換過程采用的角度θ₂是由角度傳感器檢測到的電機轉子角度θ_e經過第二角度補償模塊補償后的角度，

θ₂(k)＝θ_e(k)+ω_e(k)t₂ (5)

式中，t₂是電壓輸出總延遲時間；ω_e(k)是k時刻電機電角速度；

步驟六、預測電流信號i_d^P(k+1)、i_q^P(k+1)和電機轉子角度信號θ_e經過坐標變換模塊得到死區補償需要的三相瞬時預測電流i_a^P(k+1)、i_b^P(k+1)和i_c^P(k+1)，

根據三相瞬時預測電流i_a^P(k+1)、i_b^P(k+1)和i_c^P(k+1)查找功率開關管的V_ce+V_f表和死區時間T_dtotal表，得到由功率開關管的飽和壓降V_ce和二極管的導通壓降V_f導致的真實的誤差電壓V_ce+V_f以及死區時間T_dtotal；其中，V_ce+V_f通過功率開關管數據手冊中的曲線擬合得到，死區時間T_dtotal通過離線測量得到，

T_dtotal＝T_d+T_on-T_off (7)

式中，T_d、T_on和T_off分別為功率開關管的死區時間、開通延時時間和關斷延時時間；

根據死區時間及功率開關管的非線性特性造成的死區誤差電壓表達式8，

式中，V_dc是電機控制器中逆變器的直流母線電壓，T_pwm是逆變器的PWM開關周期，

得到三相死區誤差電壓值ΔV_a、ΔV_b、ΔV_c，計算三相瞬時死區誤差電壓補償占空比Δd_a、Δd_b和Δd_c，

步驟七、將靜止αβ坐標系下的u_α^M(k)和u_β^M(k)經過SVPWM模塊產生三相占空比d_a、d_b和d_c，并分別與死區補償模塊輸出的三相瞬時死區誤差電壓補償占空比Δd_a、Δd_b和Δd_c相加得到新的三相占空比d'_a、d′_b和d′_c，三相占空比d'_a、d′_b和d′_c輸入PWM驅動模塊后經逆變器驅動電機運行。