[發明專利]一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法

有效

• 申請號: 202210095890.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114257150B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 張燕;周皓;黃克榮;王健崗
• 申請（專利權）人: 合肥倍豪海洋裝備技術有限公司;上海倍豪船舶科技有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/08;H02P21/00;H03H17/02
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 劉念

本發明公開了一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法，屬于電機驅動控制領域，本發明通過已知死區時間計算平均誤差電壓的理論值，并將其作為卡爾曼濾波器的狀態參考值，得到了改進卡爾曼濾波器用于補償電壓的計算，通過電流矢量進行扇區判斷，并確定補償電壓矢量，與當前矢量控制環節的電壓控制指令相加后形成新的電壓控制指令。本發明將卡爾曼濾波器與已知死區時間結合，提高了死區補償算法的可靠性和自適應能力，大幅降低死區時間對伺服系統的影響。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體地，涉及一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法。

背景技術

隨著高性能永磁材相繼被開發使用，永磁同步電機逐漸成為現代電伺服驅動的主流，在數控加工、工業生產、高性能家用電器等領域得到應用，是許多行業的基礎。隨著科學技術的高速發展以及工業需求的不斷提升，對伺服系統性能的要求也不斷提高，因此針對電機控制技術領域的研究具有實用價值。

為了防止逆變器同一橋臂的上下兩個開關器件同時導通，需要人為地在開關器件的控制信號中加入死區時間，保證在一個開關器件導通之前，同一橋臂的另一開關器件已關斷。死區時間的引入使電壓的實際值與理論值之間存在偏差，導致電機電流發生畸變、產生諧波，進而影響電機的伺服性能。在電機低速、輕載時，死區時間引起的畸變現象更為明顯。

為了克服死區時間造成的不良影響，一般通過平均電壓補償法消除因死區時間引起的電壓偏差。平均電壓補償法又可分為兩類，一類是通過逆變器已知的死區時間、開關器件開通延遲時間與關斷時間、直流母線電壓等逆變器參數得到平均誤差電壓，再根據電流極性將平均誤差電壓補償到逆變器的參考電壓中。該類方法的缺點是自適應能力差，由于開關器件的開通延遲時間等參數與流過開關器件的電流相關，實驗離線測試值與實際值存在偏差。另一類平均電壓補償法通過觀測器進行在線補償，將逆變器輸出電壓平均偏差視為擾動電壓，設計觀測器觀測出該擾動電壓，并直接補償到逆變器參考電壓中。該類方法無需獲得逆變器開關器件相關參數，自適應能力強，但觀測器的設計將影響補償效果，并且觀測器需要一定的計算時間，同時需要根據電流極性確定補償電壓的極性，即擾動電壓存在跳變，如何設計觀測器是該類方法的研究難點。

為此，本發明提出一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，結合兩類平均電壓補償法的優點，對卡爾曼濾波器進行改進，并用于死區補償中。本發明利用已知的驅動器死區時間，結合驅動器開關器件的其他參數，計算得到平均偏差電壓理論值，并將其作為卡爾曼濾波器的狀態參考值，得到了改進卡爾曼濾波器。與傳統卡爾曼濾波器相比，改進卡爾曼濾波器具有更快的計算速度和更高的可靠性。針對偏差電壓根據電流極性跳變的問題，本發明在靜止坐標系下對偏差電壓進行傅里葉分解，使改進卡爾曼濾波器觀測近似恒定的平均偏差電壓，更利于算法的收斂和提高觀測的準確度。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

由設定的開關器件開通與關斷時刻之間的死區時間t_d，結合驅動器參數—開關器件開通延遲時間t_on、關斷延遲時間t_off，計算理想輸出電壓和實際輸出電壓之間的等效死區時間t_err，如式(1)所示：

t_err＝t_d+t_on-t_off (1)

實際輸出相電壓與理想輸出相電壓在一個周期內的平均誤差電壓理論值可表示為：

其中，u_dc為直流母線電壓，T為PWM開關周期。

永磁同步電機在靜止兩相坐標系下的電壓方程如式(3)所示：