一种空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法技术

一种空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）输出的死区补偿方法，属于交流伺服技术领域。通过对交流伺服系统的空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）输出作死区补偿，步骤为：将永磁同步电机输出三相电压的期望值作为逆变器三个桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值；将逆变器Ｕ、Ｖ、Ｗ三相脉宽调制输出的脉宽期望值组合作为交流伺服系统逆变器的电压空间矢量输出期望值；将脉宽调制输出的设定死区时间作为死区补偿时间的期望值；利用永磁同步电机输出各相电流的极性、电压空间矢量的期望值和死区补偿时间的期望值计算各个电压空间矢量的作用时间。本发明专利技术易于实现，通过简单的算法，就可以实现空间矢量脉宽调制输出的死区补偿，消除交流伺服系统的转矩脉动，改善低速性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交流伺服
，特别是提供了一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出的死区补偿方法，通过对交流伺服系统的SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出作死区补偿消除交流伺服系统的转矩脉动，进而改善交流伺服系统低速性能。
技术介绍
交流伺服系统作为现代工业生产的主要驱动源之一，是现代工业生产的基础技术。交流伺服系统这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统等。在现代全数字交流伺服系统中，一般通过PWM(脉宽调制)技术驱动电压源型逆变器实现对交流永磁同步电机的正弦波控制。而电压源型逆变器的一个基本控制原则是要导通的器件应滞后于要关断的器件一个死区时间Td以防上下桥臂的直通(见图7、图8所示)，这样就引起了交流伺服系统的死区效应。对于交流伺服系统来说，死区效应的直接影响是永磁同步电机输出的转矩脉动，由于转矩脉动的存在，使得交流伺服系统低速性能不好，表现为输出有步进感或脉振感，况且，这也使得系统输出的最低转速不能保证。对于交流伺服系统来说，由于前述的特殊应用环境，要求其能够保证控制精度，特别是对低速性能有很高的要求。因此，为了得到较好的低速性能，就必须消除系统之PWM输出的死区效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出的死区补偿方法，以消除交流伺服系统之PWM(脉宽调制)输出的死区效应，改善交流伺服系统的低速性能，保证交流伺服系统的最低转速要求。本专利技术在于对系统的空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出作死区补偿，消除系统的转矩脉动，以改善系统的低速性能。该方法包括以下步骤(1)将永磁同步电机定子的U相电压期望值作为交流伺服系统逆变器U相桥臂脉宽调制(PWM)输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的U相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流母线电压值；(2)将永磁同步电机定子的V相电压期望值作为交流伺服系统逆变器V相桥臂脉宽调制(PWM)输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的V相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流母线电压值；(3)将永磁同步电机定子的W相电压期望值作为交流伺服系统逆变器W相桥臂脉宽调制(PWM)输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的W相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流母线电压值；(4)将逆变器U、V、W三相桥臂脉宽调制(PWM)输出的脉宽期望值组合作为交流伺服系统逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出期望值；(5)由逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出的设定死区时间确定死区补偿时间的期望值，死区补偿时间期望值的取值范围为大于等于零小于PWM(脉宽调制)输出的设定死区时间。(6)利用永磁同步电机输出各相电流的极性、电压空间矢量的期望值和死区补偿时间的期望值计算各个电压空间矢量的作用时间。计算方法为a、计算补偿后逆变器每一桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，当某桥臂的输出电流为正值时，增加该桥臂的PWM输出脉宽一个死区补偿时间；当某桥臂的输出电流为负值时，减小该桥臂的PWM输出脉宽一个死区补偿时间；b、根据空间矢量的期望值排序补偿后逆变器三个桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值。脉宽期望值以T表示，则排序后为T大，T中，T小，其中，T大≥T中≥T小；c、计算各个电压空间矢量的作用时间，其中T矢量1＝T大-T中，T矢量2＝T中-T小。本专利技术所述的电压期望值为交流伺服系统逆变器实时输出到永磁同步电机定子上的电压值，对于交流伺服系统的电压源型逆变器来说，期望输出的逆变器三相电压为相位上互差120°的正弦波；所述的直流母线电压值为交流伺服系统逆变器输入端的直流电压值。本专利技术的主要工作原理是将永磁同步电机定子U、V、W三相电压的期望值作为交流伺服系统电压源型逆变器三路桥臂PWM(脉宽调制)输出的脉宽期望值，将U、V、W三相PWM输出的脉宽期望值组合作为交流伺服系统逆变器的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出期望值；由PWM(脉宽调制)输出的死区设定值确定死区补偿时间的期望值；依据永磁同步电机输出三相电流的极性，依据亏加盈减的原理，根据期望的电压空间矢量输出和期望的死区补偿时间，计算各电压空间矢量的作用时间。本专利技术的优点在于，简单可行，易于实现，可以达到克服空间矢量PWM(脉宽调制)输出死区效应，消除交流伺服系统转矩脉动，改善交流伺服系统低速性能的目标，保证交流伺服系统的最低转速要求。附图说明图1为交流伺服系统在001和101矢量作用下，电机三相电流输出为iu＞0，iv＜0，iw＞0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图2为交流伺服系统在001和011矢量作用下，电机三相电流输出为iu＞0，iv＞0，iw＜0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图3为交流伺服系统在010和011矢量作用下，电机三相电流输出为iu＜0，iv＞0，iw＜0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图4为交流伺服系统在010和110矢量作用下，电机三相电流输出为iu＜0，iv＞0，iw＞0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图5为交流伺服系统在100和110矢量作用下，电机三相电流输出为iu＜0，iv＜0，iw＞0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图6为交流伺服系统在100和101矢量作用下，电机三相电流输出为iu＜0，iv＜0，iw＞0时，SVPWM(空间矢量脉宽调制)输出及依据本专利技术所作的补偿效果示意图。图7为理想情况下逆变器一个桥臂的PWM(脉宽调制)输出示意图。图8为加死区后逆变器一个桥臂的PWM(脉宽调制)输出示意图。具体实施例方式在现代全数字交流伺服系统中，一般通过PWM(脉宽调制)技术驱动电压源型逆变器实现对交流永磁同步电机的正弦波控制。电压源型逆变器由六个大功率的开关型电力电子器件构成，两两一组分别组成三路桥臂。工作时上下桥臂轮流导通而不能同时导通。依据大功率电力电子器件的特性，其关断时间长于开通时间。为了防止上下桥臂的直通，设计SVPWM(空间矢量脉宽调制)信号时，要保证要导通的器件滞后于要关断的器件一个死区时间Td，这样就造成死区效应，引起逆变器输出到交流永磁同步电机的电流发生畸变，导致转矩脉动。对于交流伺服系统的电压源型逆变器来说，期望输出的逆变器三相电压为相位上互差120°的正弦波，依据三相电压的关系将每一个K×360°+30°～(K+1)×360°+30°的周期分成六个区间K×360°+30°～(K+1)×360°+90°、K×360°+90°～(K+1)×360°+1 50°、K×360°+150°～(K+1)×360°+210°、K×360°+210°～(K+1)×360°+270°、K×360°+270°～(K+1)×360°+330°、K×360°+330°～(K+1)×360°+390°。在这六个区间内，永磁同步电机三相电压的关系是确定不变的，具有周期性，具体如下表1所示表1一个周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法，通过对交流伺服系统逆变器的空间矢量脉宽调制输出作死区补偿，包括以下步骤：（１）将永磁同步电机定子的Ｕ相电压期望值作为交流伺服系统逆变器Ｕ相桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的Ｕ 相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流母线电压值；（２）将永磁同步电机定子的Ｖ相电压期望值作为交流伺服系统逆变器Ｖ相桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的Ｖ相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流 母线电压值；（３）将永磁同步电机定子的Ｗ相电压期望值作为交流伺服系统逆变器Ｗ相桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，其中永磁同步电机定子的Ｗ相电压期望值的取值范围为大于零小于逆变器的输入直流母线电压值；（４）将逆变器Ｕ、Ｖ、Ｗ三相桥 臂脉宽调制输出的脉宽期望值组合作为交流伺服系统逆变器的电压空间矢量脉宽调制输出期望值；（５）由逆变器的电压空间矢量脉宽调制输出的设定死区时间确定死区补偿时间的期望值，死区补偿时间期望值的取值范围为大于等于零小于ＳＶＰＷＭ的设定死区时 间；（６）利用永磁同步电机输出各相电流的极性、电压空间矢量的期望值和死区补偿时间的期望值计算各个电压空间矢量的作用时间；计算方法为：ａ、计算补偿后逆变器每一桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，当某桥臂的输出电流为正值时，增加该桥臂 的ＰＷＭ输出脉宽一个死区补偿时间；当某桥臂的输出电流为负值时，减小该桥臂的ＰＷＭ输出脉宽一个死区补偿时间；ｂ、根据空间矢量的期望值排序补偿后逆变器三个桥臂脉宽调制输出的脉宽期望值，脉宽期望值以Ｔ表示，则排序后为Ｔ↓［大］，Ｔ↓［中］ ，Ｔ↓［小］，其中，Ｔ↓［大］≥Ｔ↓［中］≥Ｔ↓［小］；ｃ、计算各个电压空间矢量的作用时间，其中Ｔ↓［矢量１］＝Ｔ↓［大］－Ｔ↓［中］，Ｔ↓［矢量２］＝Ｔ↓［中］－Ｔ↓［小］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王东文，刘云辉，孙伟，房庆海，陈雪松，王文生，张黎杰，王伟辉，金传付，黄哲，康爱红，晏朋飞，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]