CN102811013A - 交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法，转矩给定单元设定电机输出的目标转矩指令，磁链计算单元进行磁链指令的计算和设定，误差补偿单元根据电机三相电流得出逆变器电压误差，对PWM输出控制信号进行修正以对逆变器的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号，使得电机的实际端电压与理论电压一致。误差补偿单元根据电机的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器总的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号对逆变器电压误差进行补偿。本发明能够极大地提高系统控制性能，尤其在低速或小调制比下，能够减小逆变器电压误差造成的影响。

Description

交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法

技术领域

本发明涉及交流传动控制系统及其误差测量方法，尤其是涉及一种应用于交流传动控制系统的考虑逆变器电压误差的交流传动控制系统及误差测量方法。

背景技术

交流传动系统是指以交流电机为控制对象，对电机的输出转矩和转速进行调节的新型传动系统。与直流传动系统相比，交流传动系统具有良好的牵引性能，功率因素高，体积小，重量轻，运行可靠。交流传动系统正逐步取代直流传动系统，广泛应用于工业生产，国民生活和国防建设等领域。

交流传动系统一般由控制系统、主回路和控制对象等构成，其中主回路是指由直流母线，直流支撑电容，以及功率开关半导体器件组成的变流器；控制系统则包括基于高速微处理器的硬件平台，和实时运算的各种控制算法。它通过对传动系统中电机转速、电机电流和直流母线电压等信号的采集和处理，根据要求的转速或转矩指令，控制主回路中功率半导体器件的通断进行PWM控制以调节作用于电机的交流电压的幅值和频率，实现对电机转速或转矩的控制。

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是交流传动控制系统中极其重要组成部分，该部分的功能是根据输入的参考电压和当前直流母线电压，调节控制主回路功率半导体器件通断的脉冲信号的宽度，使主回路输出的基波电压等于随输入的参考电压。其中SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）为空间矢量脉冲宽度调制。在逆变器控制中，由于开关器件固有开关时间的影响，开通时间往往小于关断时间，因此很容易导致同一相的上下两个开关管发生同时导通的现象而造成短路故障，为了防止故障的产生，通常设置一定的开通延时时间T_d，称之为死区时间，以保证同相的一个开关器件完全关断后，另外一个开关器件才开通。

脉宽调制技术广泛应用于交流传动系统中，目前工业领域应用较为广泛的为电压型逆变器，通过功率半导体器件的开关进行输出电压的调制以实现对电机输出转矩和转速的控制。由于半导体器件的本身固有特性和控制系统的器件延时等因素，以及逆变器到电机三相之间连接电缆的内阻损耗（电缆越长电压损耗越大），使得实际电机端电压和逆变器理论输出电压之间存在一定的幅值和相位误差，该误差会影响交流传动系统的控制效果（尤其是在低速小调制比运行工况下）。调制比为变流器输出的交流线电压基波幅值同变流器输入的直流电压值之比。

根据功率半导体的器件特性，器件导通时存在一定的导通电压降。并且由于器件导通时存在一定的内阻，因此通过电流时也会产生一定的电压降。同时，逆变器和电机三相之间连接电缆的阻值会影响逆变器的输出电压，造成实际输出电压和理论输出电压之间存在一定的误差，影响系统的控制性能。逆变器存在一定的开通延时和关断延时，其中的关断延时和导通电流存在非线性关系。在实际工业应用中为防止同一相的上下桥臂同时导通造成的母线短路损坏器件，加入了一定的死区时间。另外，逆变器三相输出端和电机三相之间的连接线缆也存在一定的内阻，并且线缆越长内阻越大，因此造成的压降也越大。这些因素都会影响逆变器的输出电压，在低速运行区域或调制比较小的运行情况下，误差影响更加明显，甚至会造成控制失败。

因此，提出一种交流传动控制系统逆变器电压误差的测量方法及具有该误差补偿功能的交流传动控制系统及其方法成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑逆变器电压误差的交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法，该系统和方法及其逆变器电压误差测量方法能够极大地提高系统的控制性能，尤其是低速或小调制比下，能够减小逆变器电压误差造成的影响。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种交流传动控制系统的技术实现方案，一种交流传动控制系统，包括：

转矩给定单元，用于设定电机输出的目标转矩指令；

磁链计算单元，用于进行磁链指令的计算和设定；

指令电流计算单元，根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流

和q轴指令电流

的计算；

转差频率计算单元，用于根据目标转矩指令和磁链指令计算电机的转差频率ω_r；

定子频率计算单元，根据测速单元反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机的定子频率ω_s；

角度计算单元，对电机的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

反馈电流计算单元，根据检测到的电机相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；

PI调节单元，d轴指令电流

q轴指令电流

分别与d轴反馈电流I_d，q轴反馈电流I_q进行差分处理，然后通过PI调节单元进行PI控制，得到d轴电压指令

和q轴电压指令

电压坐标变换单元，将d轴电压指令

和q轴电压指令

变换到静止坐标系上的α轴电压指令

和β轴电压指令

PWM调制单元，进行目标输出电压的调制，根据α轴电压指令

和β轴电压指令

得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器各相开关器件的通断；

误差补偿单元，根据电机的三相电流得出逆变器的电压误差，对PWM输出控制信号S＇_abc进行修正以对逆变器的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号S_abc，使得电机的实际端电压与理论电压一致。

作为本发明一种交流传动控制系统技术方案的进一步改进，磁链计算单元根据电机的输出频率进行弱磁控制，计算并输出设定磁链指令，实现电机在基频以下按恒转矩进行控制，在基频以上按恒功率进行控制。

作为本发明一种交流传动控制系统技术方案的进一步改进，误差补偿单元根据电机的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器的电压误差进行补偿。

本发明还另外具体提供了一种交流传动控制系统的控制方法的技术实现方案，一种交流传动控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S100：转矩给定单元设定电机输出的目标转矩指令；

S101：磁链计算单元进行磁链指令的计算和设定；

S102：指令电流计算单元根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流

和q轴指令电流

的计算；

S103：转差频率计算单元根据目标转矩指令和磁链指令计算电机的转差频率ω_r；

S104：定子频率计算单元根据测速单元反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机的定子频率ω_s；

S105：角度计算单元对电机的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

S106：反馈电流计算单元根据检测到的电机相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；

S107：d轴指令电流q轴指令电流

与d轴反馈电流I_d，q轴反馈电流I_q分别进行差分处理后，由PI调节单元进行PI控制，得到d轴电压指令

和q轴电压指令

S108：电压坐标变换单元将d轴电压指令和q轴电压指令

变换到静止坐标系上的α轴电压指令

和β轴电压指令

S109：PWM调制单元进行目标输出电压的调制，根据α轴电压指令

和β轴电压指令得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器各相开关器件的通断；

S110：误差补偿单元根据电机的三相电流得出逆变器的电压误差，对PWM输出控制信号S＇_abc进行修正以对逆变器的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号S_abc，使得电机的实际端电压与理论电压一致。

作为本发明一种交流传动控制系统的控制方法技术方案的进一步改进，步骤S110中误差补偿单元根据电机三相电流，得出逆变器的电压误差的过程进一步包括以下步骤：

误差补偿单元根据电机的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器总的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器的电压误差进行补偿。

本发明还另外具体提供了一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，包括以下步骤：

S10：在交流传动控制系统离线状态下采用电流控制，对电机通以一定的指令电流，同时测量电机的实际反馈电流；

S11：将指令电流和反馈电流的差值进行PI调节，得到一个电压输出；

S12：步骤S11中的所述电压输出和消耗在电机内阻上的电压之间的差值即为逆变器的电压误差；

S13：通过调节指令电流的大小，得到每个电流值下对应的逆变器的电压误差，并进行数据处理形成列表。

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，逆变器电压误差测量方法进一步包括以下步骤：

S200：测定电机的等效定子电阻R＇_s；

S201：施加流过电机其中两相的导通电流i_m，另外一相不通过电流；根据电流i_m和实际反馈的电流值进行PI控制调节，得到稳定状态下的逆变器的理论输出电压u₁,根据公式6得到逆变器的电压误差：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_m}=\frac{1}{2}{u}_1-R_s^{\′}\×i_m---\left(6\right)$

S202：调节导通电流i_m，(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到逆变器的电压误差

然后对电压误差进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，电机的等效定子电阻R＇_s为逆变器的开关器件内阻R_m、电机的定子电阻R_s、电缆电阻R_L之和。

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，电机的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机的其中两相之间加以一直流电压，电机的另外一相不通过电流，将逆变器的开关器件等效为内阻R_m和误差电压Δu_err，首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，得到电机的等效定子电阻

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的另一种改进，电机的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机的A，B和C相均通过电流，其中一相的幅值是另外两相的两倍，将逆变器的开关器件等效为内阻R_m和误差电压Δu_err，首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，得到电机的等效定子电阻

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，逆变器电压误差测量方法进一步包括以下步骤：

S300：在电机的A，B相之间通以一定的电流i_m，电机的C相断开，得到公式9；对电机的B，C相之间同样通以电流i_m，电机的A相断开，得到公式10；对电机的C，A之间通以电流i_m，电机的B相断开，得到公式11：

Δu₁+Δu₆＝u_AB-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_AB                           （9）

Δu₃+Δu₂＝u_BC-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_BC                           （10）

Δu₅+Δu₄＝u_CA-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_CA                           （11）

其中，Δu₁，Δu₂，Δu₃，Δu₄，Δu₅，Δu₆分别为开关器件V₁,V₂,V₃,V₄,V₅,V₆的电压误差，u_AB为A，B相之间的电压，u_BC为B，C相之间的电压，u_CA为A，C相之间的电压，Δu＇_AB为A，B相的电压误差，Δu＇_BC为B，C相的电压误差，Δu＇_CA为C，A相的电压误差。

S301：根据逆变器同一相的开关器件的上下两个桥臂特性一致，误差一致，即：

Δu₁＝Δu₄，Δu₃＝Δu₆，Δu₂＝Δu₅                （12）

S302：根据公式9、10、11、12得到各个电压误差；

S303：同样，通过调节导通电流i_m，如(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到逆变器每相与之对应的电压误差

然后对电压误差分别进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，电机的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机的A，B相之间通以电流I，电机的C相断开，得到电机A，B相的等效电阻R＇_s1；在电机的B，C相之间通以电流I，电机的A相断开，得到电机B，C相的等效电阻R＇_s2；在电机的C，A相之间通以电流I，电机的B相断开，得到电机C，A相的等效电阻R＇_s3，则电机的等效定子电阻为 $R_s^{\′}=\frac{R_{s1}^{\′}+R_{s2}^{\′}+R_{s3}^{\′}}{3}.$

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的另一种改进，电机的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机的A，B相之间分别通以电流I和-I，电机的C相断开，分别得到电机A，B相的等效电阻R＇_s1，R＇_s4；在电机的B，C相之间分别通以电流I和-I，电机的A相断开，分别得到电机B，C相的等效电阻得到R＇_s2，R＇_s5；在电机的C，A相之间分别通以电流I和-I，电机的B相断开，分别得到电机C，A相的等效电阻R＇_s3和R＇_s6，则电机的等效定子电阻为 $R_s^{\′}=\frac{R_{s1}^{\′}+R_{s2}^{\′}+R_{s3}^{\′}+R_{s4}^{\′}+R_{s5}^{\′}+R_{s6}^{\′}}{6}.$

作为本发明一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法技术方案的进一步改进，逆变器的关断延时导致的电压误差为逆变器的总误差电压减去死区时间和逆变器中开关器件开通延时时间导致的电压误差。

通过实施上述本发明交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法的技术方案，具有以下技术效果：

（1）能够对控制系统中逆变器的电压误差进行快速有效的测量；

（2）通过对逆变器误差进行补偿，能够提高控制系统的控制性能，尤其是提高控制系统在低速和低调制比下的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种典型的两电平三相PWM电压型逆变器的基本电路结构原理图；

图2是本发明采用电机等效定子电阻测定的逆变器电路等效电路原理图；

图3是本发明采用另一种电机等效定子电阻测定的逆变器电路等效电路原理图；

图4是本发明采用电机等效定子电阻测定的逆变器电路A，B相等效电路原理图；

图5是本发明采用电机等效定子电阻测定的逆变器电路B，C相等效电路原理图；

图6是本发明采用电机等效定子电阻测定的逆变器电路C，A相等效电路原理图；

图7是本发明交流传动控制系统一种具体实施方式的系统结构框图；

图中：1-转矩给定单元，2-磁链计算单元，3-指令电流计算单元，4-转差频率计算单元，5-定子频率计算单元，6-角度计算单元，7-反馈电流计算单元，8-PI调节单元，9-电压坐标变换单元，10-PWM调制单元，11-误差补偿单元，12-逆变器，13-电机，14-测速单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图7所示，给出了本发明一种交流传动控制系统和方法及其逆变器电压误差测量方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图7所示，一种交流传动控制系统的具体实施方式包括以下部分：

转矩给定单元1：用于设定电机13输出的目标转矩。

磁链计算单元2：用于进行磁链指令的计算设定，在基频以下按恒转矩控制；基频以上恒功率控制，需要根据输出频率进行弱磁控制。

指令电流计算单元3：根据转矩指令和磁链指令进行d轴电流指令

和q轴电流指令的计算，由（13）和（14）进行计算。

$I_d^{*}=\frac{{\mathrm{\ψ}}^{*}}{L_m}---\left(13\right)$

$I_q^{*}=\frac{2T^{*}{L}_r}{3P_n{\mathrm{\ψ}}^{*}{L}_m}---\left(14\right)$

其中，ψ^*为磁链指令，T^*为转矩指令，P_n为电机极对数，L_m为电机互感，L_r为电机定子电感。

转差频率计算单元4：用于计算电机13的转差频率ω_r，根据（15）进行计算，

${\mathrm{\ω}}_r=\frac{L_m{I}_q^{*}}{{\mathrm{\τ}}_r{\mathrm{\ψ}}^{*}}---\left(15\right)$

其中，τ_r为电机转子时间常数。

定子频率计算单元5：根据测速单元14反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机13的定子频率ω_s，由（16）计算。

ω_s＝ω_r+P_n×ω                        （16）

角度计算单元6：对定子频率进行积分计算出定子旋转角度θ，根据(17)计算。

θ＝∫ω_sdt                            （17）

反馈电流计算单元7：根据检测到的电机13的相电流经坐标变化后得到d，q轴反馈电流，I_d为d轴反馈电流，I_q为q轴反馈电流，I_A为电机13的A相电流，I_B为电机13的B相电流，计算公式如下。

$\left[\begin{array}{c}{I}_d\\ I_q\end{array}\right]=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}-\frac{\sqrt{3}}{3}\sin \mathrm{\θ}& -\frac{2\sqrt{3}}{3}\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}+\frac{\sqrt{3}}{3}\cos \mathrm{\θ}& \frac{2\sqrt{3}}{3}\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{I}_A\\ I_B\end{array}\right]---\left(18\right)$

PI调节单元8：对d，q轴指令电流

和

和反馈电流I_d和I_q进行差分处理，然后经过PI控制，得到d，q轴电压指令

${U^{*}}_d=K_p(I_d^{*}-I_d)+K_i\∫(I_d^{*}-I_d)\mathrm{dt}$ （19）

${U^{*}}_q=K_p(I_q^{*}-I_q)+K_i\∫(I_q^{*}-I_q)\mathrm{dt}$

K_i和K_p分别为PI调节单元的积分时间常数和比例常数。

电压坐标变换单元9：将d，q轴电压指令

和

变换到静止坐标系上的α，β轴电压

和

θ＇为坐标转换角度。

$\left[\begin{array}{c}{U^{*}}_{\mathrm{\α}}\\ {U^{*}}_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left(\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}^{\′}& \sin {\mathrm{\θ}}^{\′}\\ -\sin {\mathrm{\θ}}^{\′}& \cos {\mathrm{\θ}}^{\′}\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{U^{*}}_d\\ {U^{*}}_q\end{array}\right]---\left(20\right)$

PWM调制单元10：进行目标输出电压的调制，得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器12的各相开关器件的通断。

误差补偿单元11：根据三相电流，查表或在线计算得到逆变器12的误差，然后将此误差折算成逆变器12需要提前或推后开通或关断的时间，得到新的PWM输出控制信号S_abc以达到逆变器12误差补偿的目的，使电机13的实际端电压等于理论调制电压。

磁链计算单元2根据电机13的输出频率进行弱磁控制，计算并输出设定磁链指令，实现电机13在基频以下按恒转矩进行控制，在基频以上按恒功率进行控制。因为逆变器12的死区时间和开通延时时间是基本恒定的，不随导通电流大小的变化而变化，但是逆变器12的关断时间和导通电流呈非线性关系。因此，根据上述得到的逆变器12总的误差电压，减去死区时间和开通延时时间导致的电压误差，可以得到逆变器12的关断延时和导通电流的非线性关系。误差补偿单元11根据电机13的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器12的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器12需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器12的电压误差进行补偿。

逆变器12实际运行过程中，基于前述得到的导通电流和电压误差之间的关系，根据实时电流值得到对应的电压误差，然后进行补偿。具有逆变器电压误差补偿功能的控制系统结构框图如附图7所示（以异步电机为例说明补偿过程，但此方法的应用不局限于异步电机），下面对每一部分进行介绍。

一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法的具体实施方式如附图2和附图3所示。其中，典型的两电平三相PWM电压型逆变器基本结构如附图1所示。电机13用R-L进行替代以方便进行后续阐述分析，电机13的三相连接电缆用R_L表示。

一种交流传动控制系统的控制方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S100：转矩给定单元1设定电机13输出的目标转矩指令；

S101：磁链计算单元2进行磁链指令的计算和设定；

S102：指令电流计算单元3根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流

和q轴指令电流

的计算；

S103：转差频率计算单元4根据目标转矩指令和磁链指令计算电机13的转差频率ω_r；

S104：定子频率计算单元5根据测速单元14反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机13的定子频率ω_s；

S105：角度计算单元6对电机13的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

S106：反馈电流计算单元7根据检测到的电机13相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；

S107：d轴指令电流

q轴指令电流

与d轴反馈电流I_d，q轴反馈电流I_q分别进行差分处理后，由PI调节单元8进行PI控制，得到d轴电压指令

和q轴电压指令

S108：电压坐标变换单元9将d轴电压指令

和q轴电压指令变换到静止坐标系上的α轴电压指令

和β轴电压指令

S109：PWM调制单元10进行目标输出电压的调制，根据α轴电压指令

和β轴电压指令

得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器12各相开关器件的通断；

S110：误差补偿单元11根据电机13的三相电流得出逆变器12的电压误差，对PWM输出控制信号S＇_abc进行修正以对逆变器12的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号S_abc，使得电机13的实际端电压与理论电压一致。

步骤S110中误差补偿单元11根据电机三相电流，得出逆变器12的电压误差的过程进一步包括以下步骤：

误差补偿单元11根据电机13的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器12总的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器12需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器12的电压误差进行补偿。

一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S10：在交流传动控制系统离线状态下采用电流控制，对电机13通以一定的指令电流，同时测量电机13的实际反馈电流；

S11：将指令电流和反馈电流的差值进行PI调节，得到一个电压输出；

S12：在前述步骤S11中的电压输出和消耗在电机13内阻上的电压之间的差值即为逆变器12的电压误差；

S13：通过调节指令电流的大小，得到每个电流值下对应的逆变器12的电压误差，并进行数据处理形成列表。

电机13的等效定子电阻按照以下方法进行测定：

因为逆变器12的开关器件（附图1中的V₁,V₂,V₃,V₄,V₅,V₆）的内阻R_m和电机13的定子电阻R_s，电缆电阻R_L都会产生一定的电压降，因此将其合在一起折算成新的电机13的定子电阻R＇_s，即：

R＇_s＝R_m+R_s+R_L                （1）

下面列举两种具体实施例进行电机13等效定子电阻的测定：

（一）实施例1：施加流过电机13其中两相（如A，B相）的电流，另外一相（如C相）不通过电流。

电机13的A，B相之间加以一直流电压，C相不通过电流，将功率器件等效为一内阻R_m和误差电压Δu_err，则此时逆变器电路的等效电路如附图2所示。

假定，R_m1＝R_m6=R_m，Δu_err1＝Δu_err6=Δu_err，此时：

i_a＝I，i_b＝-I，i_c＝0

首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，

$u_1=2{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_1}+2R_s^{\′}\×i_1$ （2）

$u_2=2{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_2}+2R_s^{\′}\×i_2$

可得：

$R_s^{\′}=\frac{1}{2}\×\frac{u_1-u_2}{i_1-i_2}---\left(3\right)$

（二）实施例2：电机13的A，B，C相均通过电流。

如通过的电流为i_a＝I，

此时逆变器12的等效电路如附图3所示。

首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，

则得到关系式：

$u_1=2{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_1}+\frac{3}{2}{R}_s^{\′}\×i_1$ （4）

$u_2=2{\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_2}+\frac{3}{2}{R}_s^{\′}\×i_2$

可得：

$R_s^{\′}=\frac{2}{3}*\frac{u_1-u_2}{i_1-i_2}---\left(5\right)$

对于逆变器12的电压误差确定方法如下所述。

（一）假定逆变器12六个开关器件的特性一样。

根据实施例1的方法测定R＇_s后，反过来根据测定的R＇_s可得到误差电压：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_m}=\frac{1}{2}{u}_1-R_s^{\′}\×i_m---\left(6\right)$

调节导通电流i_m，(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到逆变器12的每相与之对应的电压误差，

然后对电压误差进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

（二）假定逆变器12每相器件的特性一样，相之间存在差异。

考虑到实际工程化设计中，每一相采用标准化模块设计，各个参数可近似认为一致，但各个相模块之间存在一定的差异。

首先仍然进行等效定子电阻的测定，有下列两种方式：

（1）实施例1：A，B之间通以电流I，C相断开得到R＇_s1，B，C之间通以电流I，A相断开得到R＇_s2，C，A之间通以电流I，B相断开得到R＇_s3，则

$R_s^{\′}=\frac{R_{s1}^{\′}+R_{s2}^{\′}+R_{s3}^{\′}}{3}---\left(7\right)$

（2）实施例2：或是A，B之间分别通以电流I和-I，C相断开得到R＇_s1，R＇_s4，B，C之间分别通以电流I和-I，A相断开得到R＇_s2，R＇_s5，C，A之间分别通以电流I和-I，B相断开得到R＇_s3和R＇_s6，则

$R_s^{\′}=\frac{R_{s1}^{\′}+R_{s2}^{\′}+R_{s3}^{\′}+R_{s4}^{\′}+R_{s5}^{\′}+R_{s6}^{\′}}{6}---\left(8\right)$

电压误差的测定方法为：首先对A，B之间通以一定的电流i_m，C相断开，得到关系式（9）；对B，C之间同样通以电流i_m，A相断开，得到关系式（10）；对C，A之间通以电流i_m，B相断开，得到式（11）：

Δu₁+Δu₆＝u_AB-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_AB                                （9）

Δu₃+Δu₂＝u_BC-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_BC                                （10）

Δu₅+Δu₄＝u_CA-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_CA                                （11）

其中，Δu₁，Δu₂，Δu₃，Δu₄，Δu₅，Δu₆分别为开关器件V₁,V₂,V₃,V₄,V₅,V₆的电压误差，u_AB为A，B相之间的电压，u_BC为B，C相之间的电压，u_CA为A，C相之间的电压，Δu＇_AB为A，B相的电压误差，Δu＇_BC为B，C相的电压误差，Δu＇_CA为C，A相的电压误差。

因为同一相的上下两个桥臂可认为特性基本一致：

Δu₁＝Δu₄，Δu₃＝Δu₆，Δu₂＝Δu₅            （12）

因此通过(9)~(12)可解得各个电压误差。

同样通过调节导通电流i_m，如(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到每相与之对应的电压误差，

考虑到实际测量中肯定存在一定的误差，所以然后分别对电压误差进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

本发明具体实施方式描述的技术方案综合考虑到逆变器12的开关器件内阻，电机13的连接电缆的内阻，得到新的电机13的等效定子电阻。通过对逆变器12的电压误差进行快速测量，测量出电压误差，尤其是得到关断延时和导通电流的非线性关系。能够对控制系统中逆变器12的电压误差进行快速有效的测量。通过对逆变器12的误差进行补偿，能够提高控制系统的控制能力，尤其是提高控制系统在低速和低调制比下的控制精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种交流传动控制系统，其特征在于，包括：

转矩给定单元（1），用于设定电机（13）输出的目标转矩指令；

磁链计算单元（2），用于进行磁链指令的计算和设定；

指令电流计算单元（3），根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流

和q轴指令电流的计算；

转差频率计算单元（4），用于根据目标转矩指令和磁链指令计算电机（13）的转差频率ω_r；

定子频率计算单元（5），根据测速单元（14）反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机（13）的定子频率ω_s；

角度计算单元（6），对电机（13）的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

反馈电流计算单元（7），根据检测到的电机（13）相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；

PI调节单元（8），d轴指令电流

q轴指令电流分别与d轴反馈电流I_d，q轴反馈电流I_q进行差分处理，然后通过PI调节单元（8）进行PI控制，得到d轴电压指令

和q轴电压指令

电压坐标变换单元（9），将d轴电压指令

和q轴电压指令变换到静止坐标系上的α轴电压指令

和β轴电压指令

PWM调制单元（10），进行目标输出电压的调制，根据α轴电压指令

和β轴电压指令

得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器（12）各相开关器件的通断；

误差补偿单元（11），根据电机（13）的三相电流得出逆变器（12）的电压误差，对PWM输出控制信号S＇_abc进行修正以对逆变器（12）的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号S_abc，使得电机（13）的实际端电压与理论电压一致。

2.根据权利要求1所述的一种交流传动控制系统，其特征在于：所述磁链计算单元（2）根据电机（13）的输出频率进行弱磁控制，计算并输出设定磁链指令，实现电机（13）在基频以下按恒转矩进行控制，在基频以上按恒功率进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种交流传动控制系统，其特征在于：所述误差补偿单元（11）根据电机（13）的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器（12）的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器（12）需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器（12）的电压误差进行补偿。

4.一种交流传动控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S100：转矩给定单元（1）设定电机（13）输出的目标转矩指令；

S101：磁链计算单元（2）进行磁链指令的计算和设定；

S102：指令电流计算单元（3）根据目标转矩指令和磁链指令进行d轴指令电流

和q轴指令电流

的计算；

S103：转差频率计算单元（4）根据目标转矩指令和磁链指令计算电机（13）的转差频率ω_r；

S104：定子频率计算单元（5）根据测速单元（14）反馈的速度ω和转差频率ω_r计算出电机（13）的定子频率ω_s；

S105：角度计算单元（6）对电机（13）的定子频率进行积分，计算出定子的旋转角度θ；

S106：反馈电流计算单元（7）根据检测到的电机（13）相电流经坐标变化后得到d轴反馈电流I_d和q轴反馈电流I_q；

S107：d轴指令电流

q轴指令电流

与d轴反馈电流I_d，q轴反馈电流I_q分别进行差分处理后，由PI调节单元（8）进行PI控制，得到d轴电压指令

和q轴电压指令

S108：电压坐标变换单元（9）将d轴电压指令

和q轴电压指令

变换到静止坐标系上的α轴电压指令和β轴电压指令

S109：PWM调制单元（10）进行目标输出电压的调制，根据α轴电压指令

和β轴电压指令

得到PWM输出控制信号S＇_abc，控制逆变器（12）各相开关器件的通断；

S110：误差补偿单元（11）根据电机（13）的三相电流得出逆变器（12）的电压误差，对PWM输出控制信号S＇_abc进行修正以对逆变器（12）的电压误差进行预先补偿，得到最终的PWM输出控制信号S_abc，使得电机（13）的实际端电压与理论电压一致。

5.根据权利要求4所述的一种交流传动控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S110中误差补偿单元（11）根据电机三相电流，得出逆变器（12）的电压误差的过程进一步包括以下步骤：

所述误差补偿单元（11）根据电机（13）的三相电流，通过查表或在线计算的方式得到逆变器（12）总的电压误差，然后将此电压误差折算成逆变器（12）需要提前或推后开通或关断的时间，形成新的PWM输出控制信号S_abc对逆变器（12）的电压误差进行补偿。

6.一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电压误差测量方法包括以下步骤：

S10：在交流传动控制系统离线状态下采用电流控制，对电机（13）通以一定的指令电流，同时测量电机（13）的实际反馈电流；

S11：将指令电流和反馈电流的差值进行PI调节，得到一个电压输出；

S12：步骤S11中的所述电压输出和消耗在电机（13）内阻上的电压之间的差值即为逆变器（12）的电压误差；

S13：通过调节指令电流的大小，得到每个电流值下对应的逆变器（12）的电压误差，并进行数据处理形成列表。

7.根据权利要求6所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述逆变器电压误差测量方法进一步包括以下步骤：

S200：测定电机（13）的等效定子电阻R＇_s；

S201：施加流过电机（13）其中两相的导通电流i_m，另外一相不通过电流；根据电流i_m和实际反馈的电流值进行PI控制调节，得到稳定状态下的逆变器（12）的理论输出电压u₁,根据公式6得到逆变器（12）的电压误差：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{err},i_m}=\frac{1}{2}{u}_1-R_s^{\′}\×i_m---\left(6\right)$

S202：调节导通电流i_m，(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到逆变器（12）的电压误差

然后对电压误差进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

8.根据权利要求7所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电机（13）的等效定子电阻R＇_s为逆变器（12）的开关器件内阻R_m、电机（13）的定子电阻R_s、电缆电阻R_L之和。

9.根据权利要求8所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电机（13）的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机（13）的其中两相之间加以一直流电压，电机（13）的另外一相不通过电流，将逆变器（12）的开关器件等效为内阻R_m和误差电压Δu_err，首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，得到电机（13）的等效定子电阻

10.根据权利要求8所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电机（13）的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机（13）的A，B和C相均通过电流，其中一相的幅值是另外两相的两倍，将逆变器（12）的开关器件等效为内阻R_m和误差电压Δu_err，首先使流过的电流值为i₁，通过对电流i₁和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₁；然后使流过的电流值为i₂，通过对电流i₂和反馈的实际电流的差值进行PI调节得到稳定状态下的逆变器理论输出电压u₂，得到电机（13）的等效定子电阻

11.根据权利要求6所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述逆变器电压误差测量方法进一步包括以下步骤：

S300：在电机（13）的A，B相之间通以一定的电流i_m，电机（13）的C相断开，得到公式9；对电机（13）的B，C相之间同样通以电流i_m，电机（13）的A相断开，得到公式10；对电机（13）的C，A之间通以电流i_m，电机（13）的B相断开，得到公式11：

Δu₁+Δu₆＝u_AB-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_AB                                （9）

Δu₃+Δu₂＝u_BC-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_BC                                （10）

Δu₅+Δu₄＝u_CA-2*R＇_s*i_m＝Δu＇_CA                                （11）

其中，Δu₁，Δu₂，Δu₃，Δu₄，Δu₅，Δu₆分别为开关器件V₁,V₂,V₃,V₄,V₅,V₆的电压误差，u_AB为A，B相之间的电压，u_BC为B，C相之间的电压，u_CA为A，C相之间的电压，Δu＇_AB为A，B相的电压误差，Δu＇_BC为B，C相的电压误差，Δu＇_CA为C，A相的电压误差；

S301：根据逆变器（12）同一相的开关器件的上下两个桥臂特性一致，误差一致，即：

Δu₁＝Δu₄，Δu₃＝Δu₆，Δu₂＝Δu₅            （12）

S302：根据公式9、10、11、12得到各个电压误差；

S303：同样，通过调节导通电流i_m，如(i_m＝i₁,i₂,...,i_max)，分别得到逆变器（12）的每相与之对应的电压误差

然后对电压误差分别进行曲线拟合，得到导通电流和电压误差的非线性关系。

12.根据权利要求11所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电机（13）的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机（13）的A，B相之间通以电流I，电机（13）的C相断开，得到电机A，B相的等效电阻R＇_s1；在电机（13）的B，C相之间通以电流I，电机（13）的A相断开，得到电机B，C相的等效电阻R＇_s2；在电机（13）的C，A相之间通以电流I，电机（13）的B相断开，得到电机C，A相的等效电阻R＇_s3，则电机（13）的等效定子电阻为

13.根据权利要求11所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述电机（13）的等效定子电阻R＇_s的测定过程包括以下步骤：

在电机（13）的A，B相之间分别通以电流I和-I，电机（13）的C相断开，分别得到电机A，B相的等效电阻R＇_s1，R＇_s4；在电机（13）的B，C相之间分别通以电流I和-I，电机（13）的A相断开，分别得到电机B，C相的等效电阻得到R＇_s2，R＇_s5；在电机（13）的C，A相之间分别通以电流I和-I，电机（13）的B相断开，分别得到电机C，A相的等效电阻R＇_s3和R＇_s6，则电机（13）的等效定子电阻为 $R_s^{\′}=\frac{R_{s1}^{\′}+R_{s2}^{\′}+R_{s3}^{\′}+R_{s4}^{\′}+R_{s5}^{\′}+R_{s6}^{\′}}{6}.$

14.根据权利要求8或11所述的一种交流传动控制系统的逆变器电压误差测量方法，其特征在于，所述逆变器（12）因关断延时导致的电压误差为：逆变器（12）的总误差电压减去因开关器件死区时间和开通延时导致的电压误差。

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