感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波畸變補(bǔ)償方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，詳細(xì)講是一種對邊沿斜率崎變引起的難 W量化的誤差電壓進(jìn)行補(bǔ)償，改善了濾波后相位滯后現(xiàn)象，電流極性判斷精準(zhǔn)，系統(tǒng)方波崎 變補(bǔ)償效果佳，交流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的整體性能好的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波崎變補(bǔ)償 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我們知道，在科技高速發(fā)展的今天，交流感應(yīng)電機(jī)（ACIM)的控制理論日趨成熟， 但由于在建立控制算法的過程中對逆變器和信號調(diào)理環(huán)節(jié)的特性進(jìn)行了理想化，因而往往 不能直接在實(shí)際系統(tǒng)中得到預(yù)期的效果。造成該種障礙的基礎(chǔ)性問題是逆變器的方波輸出 崎變，方波輸出崎變問題是電壓源型逆變器（VSI)的共性問題，其不但削弱了電機(jī)控制系 統(tǒng)性能，也限制了先進(jìn)控制算法的優(yōu)越性。
[0003] 如圖1所示，為了防止上、下橋同時開通，需要在理想PWM信號中加入死區(qū)時間；為 了保證VSI中并聯(lián)的多個開關(guān)器件可W被安全、可靠地驅(qū)動，往往需要加入信號放大器件、 信號隔離器件等。圖中電平轉(zhuǎn)換、隔離、高低端驅(qū)動、推挽等電路環(huán)節(jié)構(gòu)成了PWM方波信號 的傳遞環(huán)節(jié)。該些類似的方波信號調(diào)理環(huán)節(jié)都不可避免地使VSI輸出的方波產(chǎn)生崎變，PWM 方波崎變的形式主要有四種：幅值崎變、相位崎變、占空比崎變、邊沿斜率崎變。
[0004] 造成PWM方波崎變的主要因素有：
[0005] (1)在PWM信號中加入死區(qū)時間；
[0006] (2)傳遞環(huán)節(jié)開啟/關(guān)斷延遲；
[0007] (3)傳遞環(huán)節(jié)開啟/關(guān)斷特性不一致；
[000引 （4)電壓源型逆變器的開啟/關(guān)斷延遲；
[0009] (5)電壓源型逆變器的開啟/關(guān)斷特性不一致；
[0010] (6)電壓源型逆變器的正向?qū)▔航岛投O管壓降；
[0011] (7)功率開關(guān)器件的寄生電容。
[0012] 上述該些因素與PWM方波崎變的因果關(guān)系如圖2。
[0013] 如圖3所示，由于在理想PWM信號中加入死區(qū)時間，波形由理想的互補(bǔ)方波PWM#i 變?yōu)镻WM#2;PWM信號經(jīng)過方波信號調(diào)理環(huán)節(jié)后輸入給VSI，輸出波形為PWM，該個信號直 接驅(qū)動VSI的開關(guān)器件。
[0014] Uideal在圖中作為參考波形，由產(chǎn)生，它的作用效果等同于算法中的目標(biāo)相電 壓護(hù)。rtuai是VSI輸出端的實(shí)際波形。與PWM#3波形相比，由于開關(guān)器件的開啟/關(guān)斷延 遲，UAttual產(chǎn)生了占空比的變化。同時，uAttual的幅值也受到正向?qū)▔航礥sAT和二極管壓降 Ud的影響。AU表示理想輸出電壓Uidsal與實(shí)際輸出電壓UA"ual之間的差值。利用圖3就可 W對幅值崎變、相位崎變、占空比崎變的影響進(jìn)行量化。
[0015] 相位崎變對系統(tǒng)幾乎沒有影響，幅值崎變和占空比崎變則使實(shí)際輸出的相電壓與 理想相電壓之間出現(xiàn)難W忽略的誤差，該電壓誤差使控制系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)下降，降低整體性 能。由幅值崎變和占空比崎變造成的電壓誤差比較容易進(jìn)行量化，利用PWM的平均值原理 就可W計(jì)算出每個周期造成的誤差電壓大小。
[0016] 對圖3的方波崎變過程進(jìn)行詳細(xì)分析后，可W推導(dǎo)出U相的誤差電壓表達(dá)式（V相 和W相形式相同）：
[0017] A11尸U町i?S即（iu) +11日血（a)
[001引其中，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波畸變補(bǔ)償方法，其特征在于包括如下步驟： a、 采集交流感應(yīng)電機(jī)任意兩相電流，將電流量數(shù)字化后依次經(jīng)過CLARKE (AB/α β )、 PARK(a β /MT)坐標(biāo)變化，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流分量i τ; b、 將目標(biāo)勵磁電流4和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流$與步驟a得到的勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流 分量iT求差，將求得的差值通過PID控制器調(diào)節(jié)、輸出目標(biāo)電壓分量U M和U τ; c、 將Us^PUt經(jīng)反PARK (ΜΤ/α β)變換后經(jīng)空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM)得到三路驅(qū)動 信號； d、 使用步驟c得到的三路驅(qū)動信號經(jīng)過PWM生成模塊產(chǎn)生三路互補(bǔ)的驅(qū)動信號； e、 使用步驟d得到的三路互補(bǔ)的驅(qū)動信號經(jīng)傳遞環(huán)節(jié)后驅(qū)動電壓源型逆變器（VSI)， 電壓源型逆變器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)； f、 采集交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流分量i τ，利用公式
，ω = ω%+ωρ求得電源角頻率ω，對ω積分即可求得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶课恢脹]， Wr 式中ω %、L分別為轉(zhuǎn)差頻率、轉(zhuǎn)子繞組電阻、轉(zhuǎn)子繞組的自感； g、 采集1"和i τ，求得單位時間1"和i τ的變化量的絕對值與設(shè)定的變化率絕對值閾值 作為變化率自適應(yīng)控制器的輸入，分別輸出可調(diào)的濾波器增益系數(shù)α Μ和α τ; h、 采用步驟g得到的ajP α τ作為低通濾波器的增益系數(shù)，分別對勵磁電流分量iM和 轉(zhuǎn)矩電流分量iT濾波； i、 利用當(dāng)前轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶课恢?、濾波后的勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流分量i τ經(jīng)過 反PARK (MT/ α β )、反CLARKE ( α β /AB)坐標(biāo)變化，重建三相電流； j、 將系統(tǒng)直流母線電壓固定比例分壓得到實(shí)時參考電壓Ultef; k、 采集交流感應(yīng)電機(jī)U、V、W三相電壓，固定比例分壓得三相電壓的比較電壓U1、V1、W 1， 將實(shí)時參考電壓分別與三相電壓的比較電壓Un Vl、W1通過比較器進(jìn)行比較，輸出邊沿跳變 信號 Uedge、Vedge、Wedge ; l、 將邊沿跳變信號Uedge、Vedge、Wedg e輸入MCU的邊沿捕捉模塊，得U、V、W三相各自 邊沿信號的相鄰上升沿與下降沿的時間差ta、t b、t。，ta、tb、t。分別與理想PWM的周期值T PWM 做除法（ta、tb、?ε)/Τ_得到VSI實(shí)際輸出的占空比； m、 根據(jù)重建的三相電流判斷當(dāng)前電流的極性；將MCU理想PWM占空比減去根據(jù)反饋 信號捕捉模塊得到的VSI實(shí)際輸出的占空比，得到占空比誤差T ramp/TPM;根據(jù)式（a) AUu =Upi4 · sgn Qu)+Usub，計(jì)算出三相誤差電壓，即需要補(bǔ)償?shù)碾妷捍笮?，該補(bǔ)償電壓通過 CLARKE(AB/a β)坐標(biāo)變換從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系，疊加到目標(biāo)輸出電 壓的兩相靜止坐標(biāo)系下的分量中，這就完成了前饋補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波畸變補(bǔ)償方法，其特征在于第g步 所述的變化率自適應(yīng)控制器是PID控制器。
3. -種感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波畸變補(bǔ)償裝置，其特征在于包括微控制器、電壓采集 裝置、比較器、D/Α轉(zhuǎn)換電路、電流傳感器、編碼器、信號傳遞環(huán)節(jié)和電壓源型逆變器（VSI); 電壓采集裝置包括四路分壓電路，其中三路分壓電路的輸入端分別與交流感應(yīng)電機(jī)的三相 電源接線相連、輸出端分別與三個比較器的反相輸入端相連，一路分壓電路的輸入端與電 壓源型逆變器的直流母線相連、輸出端與三個比較器的同相輸入端相連，三個比較器的輸 出端分別與微控制器的三個捕捉輸入引腳相連，電流傳感器的輸入端與交流感應(yīng)電機(jī)的三 相電源接線的任意兩根相連，電流傳感器的輸出端分別與微控制器的兩個模擬量輸入引腳 相連，編碼器輸入端與交流感應(yīng)電機(jī)輸出軸相連，編碼器輸出端與微控制器的兩個編碼器 輸入引腳相連；微控制器的PWM輸出引腳分別與信號傳遞環(huán)節(jié)的輸入端相連，信號傳遞環(huán) 節(jié)的輸出端分別與電壓源型逆變器的控制極相連；電壓源型逆變器的三路輸出端與交流感 應(yīng)電機(jī)的三相電源接線相連。
【專利摘要】一種感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的方波畸變補(bǔ)償方法，涉及感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，采集電機(jī)兩相電流，求取勵磁電流分量iM和轉(zhuǎn)矩電流分量iT，用目標(biāo)電壓分量UM和UT產(chǎn)生三路互補(bǔ)的驅(qū)動信號、驅(qū)動逆變器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；求得電源角頻率ω，對ω積分得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶课恢茫胕M和iT求得低通濾波器增益系數(shù)αM和αT，對iM和iT濾波；、濾波后iM和重建三相電流；求取VSI實(shí)際輸出的占空比、占空比誤差Tcomp/TPWM，計(jì)算出三相誤差電壓，將其疊加到目標(biāo)輸出電壓中，完成了前饋補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置包括微控制器、電壓采集裝置、比較器、D/A轉(zhuǎn)換電路、電流傳感器、編碼器、信號傳遞環(huán)節(jié)和電壓源型逆變器(VSI)。本發(fā)明改善了濾波后相位滯后現(xiàn)象，電流極性判斷精準(zhǔn)，系統(tǒng)方波畸變補(bǔ)償效果佳。
【IPC分類】H02P21-14, H02J3-01, H02P27-06
【公開號】CN104767458
【申請?zhí)枴緾N201510222409
【發(fā)明人】王明玉, 金泉, 廖江敏, 吳曉壯, 林日升
【申請人】威海人合機(jī)電股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年5月5日