电流环带宽的扩展方法、装置、存储介质和伺服驱动器制造方法及图纸

本申请涉及一种电流环带宽的扩展方法、装置、存储介质和伺服驱动器，该方法包括，在一个载波周期内通过单次电流采样，多次电流重构，实现了在一个载波周期内的多次PWM占空比更新。本申请在不提高电流采样频率的情况下，解决了现有电流环单次采样时带宽较低问题，同时克服了硬件电路的限制，通过软件灵活设置PWM占空比更新次数,有效降低电流环环路延时，提升电流环带宽。升电流环带宽。升电流环带宽。

【技术实现步骤摘要】
电流环带宽的扩展方法、装置、存储介质和伺服驱动器


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制领域，具体是涉及一种电流环带宽的扩展方法、装置、存储介质和伺服驱动器。

技术介绍

[0002]目前永磁同步电机的主要控制方式为磁场定向控制，采用三环级联控制结构，最内侧一环为电流控制环，中间一环为速度控制环，最外侧一环为位置控制环。电流环作为永磁同步电机矢量控制系统的内环，其带宽的大小直接影响速度环以及位置环的性能。
[0003]在伺服控制系统中，永磁同步电机控制系统的微控制单元MCU一般采用数字信号处理器，由于数字系统的离散特性，会在控制过程中引入一定时间的计算延时，同时考虑到系统硬件成本和功率管损耗，逆变器中功率管的开关频率也不可能无限制的提高，因此限制电流环带宽的主要因素为数字系统的延时和功率器件的开关频率。提高功率器件开关频率可以提升电流环带宽，但是会增加系统成本，因此提高功率器件的开关频率意义不大。
[0004]由公开技术可知，电流环带宽与系统延时成反比例关系，因此，降低数字系统的环路延时，对于提高伺服系统的控制性能具有重要的意义。工程中常用的电流环执行时序一般是在一个PWM载波周期内进行一次电流采样，同时结合相关变换和空间矢量脉冲宽度调制原理，进行一次占空比更新，由于数字信号处理器串行计算的特性，会引入一定时间的电流采样和计算延时，同时从占空比更新到逆变器的输出相应电压之间也会造成一定的延时，因此极大限制了电流环的带宽。
[0005]相关的研究人员针对延时造成的带宽降低问题，提出了在一个PWM载波周期进行多次电流采样并进行多次占空比更新，这种解决方案虽然可以有效降低数字系统的延时，但是由于过高的采样频率，对于微处理器的要求较高，会使数字信号处理器处于高频采样状态，极大的增加了微处理器的计算负载并影响其他程序的执行时序，降低了微处理器的工作效率。
[0006]针对相关技术中存在不提高电流采样频率的情况下，现有电流环单次电流采样时带宽较低的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种电流环带宽的扩展方法、装置、存储介质和伺服驱动器，以解决相关技术中在不提高电流采样频率的情况下，现有电流环单次电流采样时带宽较低的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]设定所述电流环所属伺服驱动器的功率器件开关频率、一个载波周期内PWM占空比更新次数N以及相应的电流采样周期和PWM占空比更新周期；
[0010]在第k个PWM周期载波起始时刻进行电流采样得到电流采样值，并根据所述电流环所属伺服驱动器的速度环PI调节器的输出获得d轴电流参考值I
d
ref(k)和q轴电流参考值
I
q
ref(k)；其中，k为1到N中任意自然数；
[0011]根据所述电流采样值计算第一次计算占空比所需第一d轴电流i
d1
(k)和第一q轴电流i
q1
(k)，其中，i
d1
(k)＝i
d
(k)，i
q1
(k)＝i
q
(k)，结合相应变换和空间矢量脉冲宽度调制原理，进行第k个周期内第一次的PWM占空比的计算，等待达到更新时刻更新PWM占空比；
[0012]重构第k个PWM周期内的第n次占空比更新所需的电流，计算相应的PWM占空比，判断是否到达第K个周期的第n次占空比更新位置，若达到，则进行占空比更新，直至更新次数达到N；其中所述第n次占空比更新所需的电流根据第n
‑
1次占空比更新所需的电流计算得到，所述n为大于1小于等于N的自然数。
[0013]优选的，在第K个PWM载波周期起始位置进行电流采样，并进行相关计算得到第一次d轴电流i
d1
(k)、第一次q轴电流i
q1
(k)，根据i
d1
(k),i
q1
(k)计算得到第一占空比，并更新PWM占空比，根据所述第一占空比计算得到电流参考值I
d1
ref(k)，I
q1
ref(k)。
[0014]优选的，根据所述的第一次d轴电流i
d1
(k)、所述的第一次q轴电流i
q1
(k)及电流参考值I
d1
ref(k)，I
q1
ref(k)可获得此时的电流偏差值e
d1
(k),e
q1
(k)，即
[0015][0016]优选的，重构第K个PWM周期内的第2次占空比更新所需电流时，根据所述电流偏差e
d1
(k),e
q1
(k)可重构第二次占空比计算所需要的电流i
d2
(k)，i
q2
(k)，
[0017][0018]其中，变量x和y分别表示d轴电流和q轴电流的增量调节系数。
[0019]优选的，在第K个PWM周期内的第n次占空比计算时，
[0020][0021]其中，I
dn
‑1ref(k)、I
qn
‑1ref(k)分别为第K个周期内第n
‑
1次占空比更新计算出的d轴电流参考值和q轴电流参考值。i
dn
(k)表示第K个周期中第n次d轴电流、i
dn
‑1(k)表示第K个周期中第(n
‑
1)次d轴电流,i
qn
(k)表示第K个周期中第n次q轴电流、i
qn
‑1(k)表示第K个周期中第(n
‑
1)次q轴电流。
[0022]优选的，通过调节所述变量x和变量y的大小来分别调节d轴电流和q轴电流的增量大小，改善电流响应效果,其中系数x和y的取值范围为：
[0023][0024]优选的，在同一个PWM载波周期内，当出现所述的功率器件开关次数大于1的情况，对输出的PWM进行限制处理。
[0025]优选的，当三角载波向上计数时，PWM输出由定时器比较值与所述三角载波第一次相等时决定，当三角载波向下计数的时候，PWM输出由所述定时器比较值与所述三角载波第一次相等时决定。
[0026]与上述方法相匹配，本专利技术另一方面提供一种电流环带宽的扩展装置，包括：参数设定单元，所述参数设定单元设定所述电流环所属伺服驱动器的功率器件开关频率、一个
载波周期内PWM更新次数N以及相应的电流采样周期和PWM更新周期；电流采样单元，所述电流采样单元在第K个PWM周期载波起始时刻进行电流采样；电流控制单元，根据电流采样值，使第一次计算占空比所需电流等于电流采样值，即i
d1
(k)＝i
d
(k)，i
q1
(k)＝i
q
(k)，根据设定公式计算第K个PWM周期内的第n次占空比更新所需电流；PWM占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流环带宽的扩展方法，其特征在于，所述方法，包括：设定所述电流环所属伺服驱动器的功率器件开关频率、一个载波周期内PWM占空比更新次数N以及相应的电流采样周期和PWM占空比更新周期；在第k个PWM周期载波起始时刻进行电流采样得到电流采样值i
d
(k)和i
q
(k)，并根据所述电流环所属伺服驱动器的速度环PI调节器的输出获得d轴电流参考值I
d
ref(k)和q轴电流参考值I
q
ref(k)，其中，k为1到N中任意自然数；根据所述电流采样值计算第一次计算占空比所需第一次d轴电流i
d1
(k)和第一次q轴电流i
q1
(k)，其中，i
d1
(k)＝i
d
(k)，i
q1
(k)＝i
q
(k)，结合相应变换和空间矢量脉冲宽度调制原理，进行第k个周期内第一次的PWM占空比的计算，等待达到更新时刻更新PWM占空比；重构第k个PWM周期内的第n次占空比更新所需的电流，计算相应的PWM占空比，判断是否到达第K个周期的第n次占空比更新位置，若达到，则进行占空比更新，直至更新次数达到N；其中所述第n次占空比更新所需的电流根据第n
‑
1次占空比更新所需的电流计算得到，所述n为大于1小于等于N的自然数。2.根据权利要求1所述的电流环带宽的扩展方法，其特征在于，在第k个PWM载波周期起始位置进行电流采样，并进行相关计算得到第一次d轴电流i
d1
(k)、第一次q轴电流i
q1
(k)，根据i
d1
(k)，i
q1
(k)计算得到第一占空比，并更新PWM占空比，根据所述第一占空比计算得到电流参考值I
d1
ref(k)，I
q1
ref(k)。3.根据权利要求2所述的电流环带宽的扩展方法，其特征在于，根据所述的第一次d轴电流i
d1
(k)、所述的第一次q轴电流i
q1
(k)及电流参考值I
d1
ref(k)、I
q1
ref(k)可获得此时的电流偏差值e
d1
(k)，e
q1
(k)，即4.根据权利要求3所述的电流环带宽的扩展方法，其特征在于，重构第K个PWM周期内的第2次占空比更新所需电流时，根据所述电流偏差e
d1
(k)，e
q1
(k)可重构第二次占空比计算所需要的电流i
d2
(k)，i
q2
(k)，其中，变量x和y分别表示d轴电流和q轴电流的增量调节系数。5.根据权利要求4所述的电流环带宽的扩展方法，其特征在于，在第K个PWM周期内的第n次占空比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，霍士翔，舒鑫东，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：