CN106100481B - 基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置 - Google Patents

基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置，方法包括：获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，并读取上一周期的三相相电流，其中N为正整数；对当前周期的每个基本电压矢量宽度进行判断；如果当前周期的每个基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值，则根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流；如果当前周期的任一基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值，则根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，从而提高相电流采样精度,提升电机控制系统的稳定性。

Description

基于单电流传感器的三相电流重构方法和装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法以及一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置。
背景技术
为节约成本，相关技术中的永磁同步电机控制系统多采用单电流传感器的电流重构技术，从而获得永磁同步电机的三相相电流，产生控制系统反馈量，实现无位置传感器磁场定向控制。由此，相电流采样精度直接影响整个系统控制精度。
在相关技术中，单电流传感器的电流重构算法主要有两个关键控制参数,分别为单电阻采样最小脉宽限制和采样延迟补偿,上述两个参数为固定值。但是，相关技术存在的缺点是，采用固定的采样延迟补偿可能会使相电流采样误差大,影响控制系统的稳定性，最小脉宽限制可能会引入非正弦量，增大谐波含量，影响控制系统精度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法，该方法可准确地重构出三相相电流。
本发明的另一个目的在于提出一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法，包括以下步骤：获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，并读取上一周期的三相相电流，其中，N为正整数；对所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断；如果所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值，则根据所述上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据所述当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据所述采样电流重构当前周期的三相相电流；如果所述当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于所述预设的脉宽限制阈值，则根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流。
根据本发明实施例提出的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法，在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流，从而通过自动调整采样延迟补偿，提高相电流采样精度,提升电机控制系统的稳定性；在当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，从而，在不更改需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的前提下重构三相相电流，不更改合成电压矢量，防止引入额外谐波含量，提升电机控制系统的精度。
根据本发明的一个实施例，根据所述上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取所述当前周期的采样延迟补偿，其中，所述表格包括多个电流区间，所述多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流，进一步包括：根据所述上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流；根据所述上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流；根据所述当前周期的α轴电流和β轴电流获取所述当前周期的三相相电流。
根据本发明的一个实施例，根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：
其中，Ts为所述当前周期的周期长度，iα(k)为所述当前周期的α轴电流，iα(k-1)为所述上一周期的α轴电流，iβ(k)为所述当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为所述上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为所述上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为所述上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为所述上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为所述上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。
根据本发明的一个实施例，所述当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度在上一周期经过磁场定向矢量控制确定。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置，包括：第一获取模块，用于获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，其中，N为正整数；第二获取模块，用于读取上一周期的三相相电流；三相电流重构模块，用于对所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断，并在所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据所述上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据所述当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据所述采样电流重构当前周期的三相相电流，并在所述当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于所述预设的脉宽限制阈值时，根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流。
根据本发明实施例提出的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置，三相电流重构模块在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流，从而通过自动调整采样延迟补偿，提高相电流采样精度,提升电机控制系统的稳定性；在当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，从而，在不更改需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的前提下重构三相相电流，不更改合成电压矢量，防止引入额外谐波含量，提升电机控制系统的精度。
根据本发明的一个实施例，所述三相电流重构模块根据所述上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取所述当前周期的采样延迟补偿，其中，所述表格包括多个电流区间，所述多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
根据本发明的一个实施例，所述三相电流重构模块进一步用于，根据所述上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流，并根据所述上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流，以及根据所述当前周期的α轴电流和β轴电流获取所述当前周期的三相相电流。
根据本发明的一个实施例，所述三相电流重构模块根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：
其中，Ts为所述当前周期的周期长度，iα(k)为所述当前周期的α轴电流，iα(k-1)为所述上一周期的α轴电流，iβ(k)为所述当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为所述上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为所述上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为所述上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为所述上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为所述上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。
根据本发明的一个实施例，所述第一获取模块用于在上一周期经过磁场定向矢量控制确定所述当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度。
附图说明
图1是单电流传感器三相电流重构方式中设置采样延迟补偿的原理示意图；
图2是单电流传感器三相电流重构方式中非观测区的示意图；
图3是单电流传感器三相电流重构方式中电流采样的原理示意图；
图4a是根据本发明实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法的流程图；
图4b是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法的流程图；
图5是根据本发明一个具体实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法的流程图；
图6是根据本发明一个实施例的压缩机频率为60HZ、采样延迟补偿为1.875us情况下的电流波形示意图，其中，左图为电流波形，右图为电流包络线；
图7是根据本发明一个实施例的压缩机频率为60HZ、采样延迟补偿为45us情况下的电流波形示意图，其中，左图为电流波形，右图为电流包络线；
图8是根据本发明一个实施例的压缩机频率为80HZ、采样延迟补偿为3.7us情况下的电流波形示意图，其中，左图为电流波形，右图为电流包络线；
图9是根据本发明一个实施例的压缩机频率为80HZ、采样延迟补偿为1.875us情况下的电流波形示意图，其中，左图为电流波形，右图为电流包络线；以及
图10是根据本发明实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
首先本申请发明人发现并认识到相关技术中的单电流传感器三相电流重构技术存在以下缺点：
其一是，电机绕组相电流建立需要一定时间，为保证可靠采样通常设置最小脉宽限制阈值，以避免在死区时间、导通延迟时间、电流震荡时间进行采样。同时为了保证采样点在相电流中间点以获取相电流平均值，需要对采样点位置进行补偿，如图1所示，在基本电压矢量中间点即Ta/2或Tb/2处向后偏移一个采样延迟补偿。在满足最小脉宽限制阈值的前提下，采样延迟补偿固定，采样延迟补偿时间设定与PWM信号传输路径上器件延迟时间(例如门极驱动IC、光耦延迟时间)、功率逆变器速度(功率管开通和关断时间)、电路板上分布参数(影响电流震荡时间)以及死区时间有关系，一般选取为死区时间和开关管导通延迟之和。但是，压缩机运行范围广泛，功率从低频段几百瓦到高频段几千瓦，电机绕组相电流幅值从几安变化到到十几安，功率驱动电路环境温度发生变化，功率管IGBT结温随之变化，导通延迟时间会随之发生变化，此时仍采用固定的采样延迟补偿将无法实现相电流导通期间中间点采样，降低了相电流采样精度。
其二是，如图2所示，在一个电周期内，合成电压矢量会进入低调制区和接近基本电压矢量区，此时需要进行电流采样的基本电压矢量宽度将不满足最小脉宽限制，属于非观测区。如果将电压矢量宽度直接限制为最小脉宽，会给电路引入非正弦量，产生谐波和噪声，降低控制系统精度。
基于此，本发明实施例提出了一种磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法及装置。
下面参考附图来描述本发明实施例的磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法及装置。其中，本发明实施例基于已构建整套压缩机永磁同步控制系统，控制系统在硬件及软件上均搭建完成单电流传感器三相电流重构模块。
图4a是根据本发明实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法的流程图。单电流传感器用于进行电流采样，具体地，单电流传感器采样的基本原理为在永磁同步电机控制系统的直流母线侧串入电流传感器例如采样电阻，通过测量串联的采样电阻的电压并结合功率器件的开关状态重构三相相电流，如图3所示，在SVPWM调制模式下，每个基本电压矢量导通周期内均对应某一相绕组相电流，两个基本电压矢量导通周期例如在S/H1和S/H2时刻可获得两相相电流，结合基尔霍夫定律即可获得第三相电流，从而实现永磁同步电机的三相相电流重构。
如图4a所示，基于单电流传感器的三相电流重构方法包括以下步骤：
S1：获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，并读取上一周期的三相相电流，其中，N为正整数。
在本发明的一个实施例中，周期可指载波周期。具体地，永磁同步电机控制系统的载波频率可设置为10KHz，即每100us更新一次系统控制量，获取当前载波周期的三相相电流。
其中，根据本发明的一个实施例，当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度在上一周期经过磁场定向矢量控制确定。也就是说，数字控制模式下，当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度在上一周期由PID(比例-积分-微分)计算得到。
需要说明的是，在采用三相SVPWM七段式调制方式时，每一载波周期分别由7个基本电压矢量构成，即此时N等于7。在采用其他调制方式时，N的数值也会相应发生变化，例如N可以等于2或4。
S2：对当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断。
也就是说，将当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度与预设的脉宽限制阈值进行比较，以判断当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度是否大于或等于预设的脉宽限制阈值。
其中，预设的脉宽限制阈值为固定值。应当理解的是，预设的脉宽限制阈值即最小脉宽限制阈值应保证在一个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度内能够完成死区时间建立、相电流导通、相电流震荡过程完成、AD转换完成等一系列动作，预设的脉宽限制阈值与具体硬件结构及软件设置相关。
S3：如果当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值，则根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿分别进行电流采样以获取采样电流，以及根据所述采样电流重构当前周期的三相相电流。
具体来说，在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，自动调整单电流传感器三相电流重构方法的采样延迟补偿，并根据采样延迟补偿获取每个基本电压矢量中的电流采样时刻，具体可选取每个基本电压矢量中间点向后偏移采样延迟补偿的时刻，由此，在每个基本电压矢量中的电流采样时刻，通过单电流传感器进行电流采样以获取采样电流，在每个电流采样时刻均采样到采样电流之后，根据采样到的采样电流重构当前周期的电机三相相电流。
其中，需要说明的是，采样延迟补偿保证电流采样点落在相电流中间点，进而在一半需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的基础上对死区时间和导通延时进行补偿，采样延迟补偿同样与硬件电路及软件设置相关。
根据本发明的一个实施例，根据所述上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取当前周期的采样延迟补偿，其中，表格包括多个电流区间，多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
也就是说，在每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度满足最小脉宽限制，即每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，将上一周期的三相相电流的任一相相电流作为表格输入，然后查询表格中与上一周期的该相相电流相匹配的电流区间，并将相匹配的电流区间对应的采样延迟补偿作为当前周期的最优采样延迟补偿，之后更新控制系统，完成当前周期的三相相电流采样。
需要说明的是，程序中用于查询的表格需提前绘制。具体地，压缩机运行范围广泛，在永磁同步电机控制系统的直流母线电压确定的情况下，随着压缩机运行工况变化，电机相电流也随之改变。在本发明实施例中，可将三相相电流中任一相相电流幅值作为表格的自变量，代表压缩机不同运行工况，分别采集不同相电流幅值下对应的最优采样延迟补偿，具体操作为，首先在压缩机的运行范围内控制压缩机运行，以确定该任一相相电流幅值变化区间；再将该任一相相电流变化区间细分为多个电流区间，确定每一个电流区间对应最优采样延迟补偿，绘制成表格保存数据，写入永磁同步电机控制系统的控制器中。
其中，确定每一个电流区间对应的最优采样延迟补偿可通过如下方式实现，即压缩机运行时，在任一个电流区间内，通过单电流传感器采样电流数据，同时用示波器获取真实电流数据，然后通过调整采样延迟补偿使单电流传感器采样的电流数据接近真实电流数据，同时尽可能使电流保持正弦性，在任一个电流区间内取电流区间中间点对应的最优采样延迟补偿作为整个电流区间的最优采样延迟补偿。这样在查表时即可根据电流所在区间获取最优采样延迟补偿。
应当理解的是，电流区间划分的越细，电流采样精度越高，但表格存储数据量越大，对控制系统的存储能力会提出更高要求，因此电流区间的细分程度需依据实际控制系统情况进行设置。
S4：如果当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值，则根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流。
也就是说，如果N个基本电压矢量中存在一个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值，那么就根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流。
具体来说，在需要进行电流采样的基本电压矢量宽度不满足最小脉宽限制阈值即当前周期的需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，不强行将需要进行电流采样的基本电压矢量宽度设置为预设的脉宽限制阈值，通过上一周期三相相电流预测出当前周期的三相相电流，从而保证系统在低调制区和靠近基本电压矢量区的非观测区仍能获取相电流数据。
根据本发明的一个实施例，如图4b所示，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，即步骤S4进一步包括：
S41：根据上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流。
具体地，可对上一周期的三相相电流先后进行CLARK变换和PARK逆变换，以获取上一周期的α轴电流和β轴电流。
S42：根据上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流。
具体地，可根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：
其中，Ts为当前周期的周期长度，iα(k)为当前周期的α轴电流，iα(k-1)为上一周期的α轴电流，iβ(k)为当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。
具体地，可基于电机动态模型由上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，为便于计算在α-β坐标系下进行电流预测。
具体地，永磁同步电机α-β坐标系下电压方程如下：
其中，Eα、Eβ是电机反电势，L是电机绕组电感、Vα是合成电压矢量在α轴分量、Vβ是合成电压矢量在β轴分量、RS是电机绕组电阻、iα是合成电流矢量在α轴分量、iβ是是合成电流矢量在β轴分量。
其中，Eα、Eβ可由电机转速ωr和位置角θ计算得来，计算公式如下：
其中，ke为反电势常数，永磁同步电机的ke为已知量，可由测试获得。
进一步地，由永磁同步电机α-β坐标系下电压方程可得电流iα和iβ的数值，即：
对上式离散化，可得如下公式：
S43：根据当前周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的三相相电流。
具体地，在获取当前周期的α轴电流iα(k)和β轴电流iβ(k)之后，可对当前周期的α轴电流iα(k)和β轴电流iβ(k)先后进行PARK变换和CLARK逆变换，以重构当前周期的三相相电流ia(k)ib(k)ic(k)。
即言，通过上式(1)，即可预测出当前周期的α轴电流iα(k)和β轴电流iβ(k)，之后，对电流iα(k)和iβ(k)进行Park变换可得对应的直轴电流和交轴电流id(k)、iq(k)，再对id(k)、iq(k)进行Clark逆变换可得永磁同步电机的三相相电流ia(k)、ib(k)、ic(k)。如此，完成当前周期的电机三相相电流的获取，获取的电机三相相电流可用于永磁同步电机的磁场定向矢量控制。
如上所述，在SVPWM调制模式下，本发明实施例的重构方法主要分为两部分：如果载波周期内每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度满足最小脉宽限制，则通过查表自动调整采样延迟补偿；如果载波周期内存在一个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度不满足最小脉宽限制，则基于电机动态模型重构获取三相相电流，具体包括如图5所示的以下步骤：
S101：设置控制系统初始单电流传感器三相电流重构的控制参数。
也就是说，给控制系统设置初始单电流传感器三相电流重构的控制参数，从而获得初始的三相相电流幅值。具体地，初始单电流传感器三相电流重构的控制参数包括预设的脉宽限制阈值和初始采样延迟补偿，保证压缩机能够获取三相相电流。
其中，预设的脉宽限制阈值应保证在一个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度内能够完成死区时间建立、相电流导通、相电流震荡过程完成、AD转换完成等一系列动作，采样延迟补偿应保证电流采样点落在相电流中间点，进而在一半需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的基础上对死区时间和导通延时进行补偿。由此，脉宽限制阈值和采样延迟补偿经过上述基本推断并结合实际调试可获得一组初始值，实际系统运行过程为保证算法简单可靠，不改变脉宽限制阈值制，自动调整采样延迟补偿。
S102：等待进入当前载波周期。
S103：读取上一载波周期的三相相电流，以用于当前载波周期的三相相电流重构。
S104：判断当前载波周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度是否大于或等于预设的脉宽限制阈值。如果是，则执行步骤S105；如果否，则执行步骤S107。
也就是说，根据每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度与预设的脉宽限制阈值之间的关系，决定当前载波周期内电流采样选用何种方式。其中，预设的脉宽限制阈值为初始值，后续不发生改变，每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度在上一载波周期经过磁场定向矢量控制确定。
S105：根据上一载波周期的三相相电流的任一相电流并通过查询表格获取当前载波周期的采样延迟补偿。
S106：根据采样延迟补偿并通过单电流传感器采样在每个基本电压矢量期间进行电流采样以获取采样电流，并根据采样到的电流重构当前周期的三相相电流，执行步骤S108。
S107：根据上一周期的三相相电流并通过电机动态模型估算出当前周期的三相相采样电流。
S108：当前周期的三相相电流重构完成。
S109：当前载波周期结束，返回步骤S102，等待进入下一载波周期。
具体地，当前载波周期结束后进入下一载波周期，重复进行上述单电流传感器三相电流重构，以载波周期为单位对电流采样精度进行优化，提高控制系统可靠性。
由此，在每一载波周期根据压缩机运行状况自动调节电流采样方式，在每个电压矢量宽度满足预设的脉宽限制阈值的前提下，相电流变化范围大，自动调整采样延迟补偿，提高相电流采样精度；在任一电压矢量宽度不满足预设的脉宽限制阈值的前提下，在不更改需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的前提下，基于电机动态模型重构三相相电流，不更改合成电压矢量，不引入额外谐波。
下面通过图6和图7的比对以及图8和图9的比对来验证本发明实施例的方法的有效性。
具体地，压缩机运转在60Hz,吸排气压力4.15MPa/1.15MPa,晶振频率为32MHz,载波频率为9KHz，最小脉宽限制为6us,初始采样延迟补偿设置为1.875us。在相关技术中，固定采样延迟补偿，相电流采样波形如图6所示，由图6可知，相电流采样不正弦，包络线存在尖峰。而在本发明实施例中，通过查表调整采样延迟补偿，设置采样延迟补偿为4us，相电流采样波形如图7所示,由图7可知，相电流正弦化，包络线尖峰被消除，电流采样精度提高。
具体地，压缩机运转在80Hz,吸排气压力4.15MPa/1.15MPa,晶振频率为32MHz,载波频率为9KHz，最小脉宽限制为6us,初始采样延迟补偿设置为3.7us。在相关技术中，固定采样延迟补偿，相电流采样波形如图8所示，由图8可知，相电流采样不正弦，包络线存在尖峰。而在本发明实施例中，通过查表改变采样延迟补偿，设置采样延迟补偿为1.875us，相电流采样波形如图9所示,由图9可知，相电流正弦化，包络线尖峰被消除，电流采样精度提高。
综上，根据本发明实施例提出的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法，在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流，从而通过自动调整采样延迟补偿，提高相电流采样精度,提升电机控制系统的稳定性；在当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，从而，在不更改需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的前提下重构三相相电流，不更改合成电压矢量，防止引入额外谐波含量，提升电机控制系统的精度。
本发明实施例还提出了一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置。
图10是根据本发明实施例的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置的方框示意图。单电流传感器用于检测直流母线电流。如图10所示，该装置包括：第一获取模块10、第二获取模块20和三相电流重构模块30。
其中，第一获取模块10用于获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，其中，N为正整数；第二获取模块20用于读取上一周期的三相相电流；三相电流重构模块30用于对当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断，并在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流，在当前周期的需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流。
根据本发明的一个实施例，三相电流重构模块30根据上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取当前周期的采样延迟补偿，其中，表格包括多个电流区间，多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
根据本发明的一个实施例，三相电流重构模块30进一步用于，根据上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流，并根据上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流，以及根据当前周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的三相相电流。
具体地，三相电流重构模块30可根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：：
其中，Ts为当前周期的周期长度，iα(k)为当前周期的α轴电流，iα(k-1)为上一周期的α轴电流，iβ(k)为当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。根据本发明的一个实施例，第一获取模块10用于在上一周期经过磁场定向矢量控制确定当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度。
需要说明的是，本发明实施例的基于单电流传感器的三相电流重构装置中未展开说明的部分，可参见以上实施例的基于单电流传感器的三相电流重构方法的对应部分，这里处于简洁的目的，不再详细展开。
综上，根据本发明实施例提出的永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置，三相电流重构模块在当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据采样电流重构当前周期的三相相电流，从而通过自动调整采样延迟补偿，提高相电流采样精度,提升电机控制系统的稳定性；在当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于预设的脉宽限制阈值时，根据上一周期的三相相电流预测当前周期的三相相电流，从而，在不更改需要进行电流采样的基本电压矢量宽度的前提下重构三相相电流，不更改合成电压矢量，防止引入额外谐波含量，提升电机控制系统的精度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，并读取上一周期的三相相电流，其中，N为正整数；
对所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断；
如果所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值，则根据所述上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据所述当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据所述采样电流重构当前周期的三相相电流；
如果所述当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于所述预设的脉宽限制阈值，则根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取所述当前周期的采样延迟补偿，其中，所述表格包括多个电流区间，所述多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流，进一步包括：
根据所述上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流；
根据所述上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流；
根据所述当前周期的α轴电流和β轴电流获取所述当前周期的三相相电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：
其中，Ts为所述当前周期的周期长度，iα(k)为所述当前周期的α轴电流，iα(k-1)为所述上一周期的α轴电流，iβ(k)为所述当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为所述上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为所述上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为所述上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为所述上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为所述上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度在上一周期经过磁场定向矢量控制确定。
6.一种永磁同步电机的基于单电流传感器的三相电流重构装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度，其中，N为正整数；
第二获取模块，用于读取上一周期的三相相电流；
三相电流重构模块，用于对所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度进行判断，并在所述当前周期的每个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度均大于或等于预设的脉宽限制阈值时，根据所述上一周期的三相相电流获取当前周期的采样延迟补偿，并根据所述当前周期的采样延迟补偿进行电流采样以获取采样电流，以及根据所述采样电流重构当前周期的三相相电流，并在所述当前周期的任一需要进行电流采样的基本电压矢量宽度小于所述预设的脉宽限制阈值时，根据所述上一周期的三相相电流预测所述当前周期的三相相电流。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述三相电流重构模块根据所述上一周期的三相相电流的至少一相电流并通过查询表格的方式获取所述当前周期的采样延迟补偿，其中，所述表格包括多个电流区间，所述多个电流区间中每个电流区间对应一个采样延迟补偿。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述三相电流重构模块进一步用于，根据所述上一周期的三相相电流获取上一周期的α轴电流和β轴电流，并根据所述上一周期的α轴电流和β轴电流获取当前周期的α轴电流和β轴电流，以及根据所述当前周期的α轴电流和β轴电流获取所述当前周期的三相相电流。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述三相电流重构模块根据以下公式获取当前周期的α轴电流和β轴电流：
其中，Ts为所述当前周期的周期长度，iα(k)为所述当前周期的α轴电流，iα(k-1)为所述上一周期的α轴电流，iβ(k)为所述当前周期的β轴电流，iβ(k-1)为所述上一周期的β轴电流，Lα为电机绕组电感在α轴的分量，Lβ为电机绕组电感在β轴的分量，Vα(k-1)为所述上一周期的α轴电压，Vβ(k-1)为所述上一周期的β轴电压，Eα(k-1)为所述上一周期的电机反电势在α轴的分量，Eβ(k-1)为所述上一周期的电机反电势在β轴的分量，RS为电机绕组电阻。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块用于在上一周期经过磁场定向矢量控制确定所述当前周期的N个需要进行电流采样的基本电压矢量宽度。
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