CN107505501A - 一种基于三级中断嵌套的电流采样算法 - Google Patents

一种基于三级中断嵌套的电流采样算法 Download PDF

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卢钰
吕自贵
骆敏舟
仲军
刘志鹏
孙雪雪
黄倩芝
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Abstract

本发明公开了一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，属于电流采样技术领域，包括如下步骤：当PWM计数器减计数到0，进入主下溢中断；设置电流采样等待时间，使能定时器T0中断；进入定时器T0中断子程序，使ADC中断，禁能定时器T0中断；进入ADC中断子程序，查询实时扇区，判断导通的两下桥臂；采集多次对应的两相的真实电流，求第三相电流；自适应滤波处理，禁能ADC中断；输出三相电流IA、IB和IC。本发明采集真实相电流而不是续电流，避免了电流信息的丢失，根据扇区关系进行切换，快速采集相电流，具有实时性；增大采样窗口及补偿，解决电流采样盲区问题，用双电阻采样取代电流传感器，降低成本。

Description

一种基于三级中断嵌套的电流采样算法
技术领域
本发明涉及一种电流采样算法，特别是涉及一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，属于电流采样技术领域。
背景技术
电流环作为控制系统的内环，能提高电机的过载能力，对动态性能要求很高，直接影响控制系统的质量。而目前对电流环的研究集中在电流的采样方法、电流的重构方法等方面，在某些特定场合为了降低检测电流的成本，常常采用在下桥臂串联三个电阻，通过采样电阻重构三相电流。
目前，低成本的小功率驱动器中，往往采用双电阻采样相电流的方法，实现三相定子电流的重构。双电阻采样相电流的采样时刻大都是在三相上桥臂都截止的时刻进行的，因为在这个时刻采样电阻上有反映该相电流的电流流过，只是此时采样得到的电流是续流电流，虽然在一定程度上能反映相电流的值，但不是相电流的真实值，导致电流测量不准。
双电阻采样方法存在电流采样盲区问题，就是当电机处于高速时，电流可采样的区间就变得狭窄，使得电流采样误差增大，当采样窗口时间小于最小采样时间时，无法获得准确的电流信息。。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，根据扇区关系进行切换采集到真实的相电流，采集下桥臂导通的两相电流，能保证采样电阻上有真实的电流流过，并针对采样区域小的问题，增大采样窗口并补偿。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，包括如下步骤：
步骤1：当PWM计数器减计数到0，进入主下溢中断；
步骤2：进入主下溢中断后，设置电流采样等待时间使能定时器T0中断；
步骤3：定时完成后，进入定时器T0中断子程序，使能ADC中断，禁能定时器T0中断；
步骤4：进入ADC中断子程序，查询实时扇区，判断导通的两下桥臂；
步骤5：采集多次对应的两相的真实电流，求第三相电流；
步骤6：自适应滤波处理，禁能ADC中断；
步骤7：输出三相电流IA、IB和IC；
步骤8：返回主中断。
进一步的，进入ADC中断子程序；
选取扇区I，查询实时扇区，电流采集的区域为(1 0 0)，(1 0 0)为扇区采样窗口，三相电流中的B相电流和C相电流的下桥臂中的两个IGBT导通；
在的时间内采集到电流IB和电流IC；
再根据基尔霍夫定律，求出电流IA。
进一步的，在一个PWM计数器减计数周期内，电流采样区域选取在最大占空比与中间占空比的两相上升沿之间。
进一步的，为了增大电流的采样窗口，在中间占空比相的上半周期，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达上升沿。
进一步的，在一个PWM计数器减计数周期内，在中间占空比相的下半周期进行电流补偿，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达下降沿，对中间占空比进行纠正。
进一步的，对中间占空比进行纠正是通过电压空间矢量合成来完成的。
进一步的，所述电压空间矢量合成的公式如下：
Ts＝T4+T6+T0 (1)
其中：Ts为开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间；
Uout是合成的目标电压矢量。
进一步的，当增大电流的采样窗口，并在中间占空比相的下半周期进行电流补偿后，增大采样窗口后的开关周期TS′的表达式如下：
其中：T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T′4、T′6、T′0分别为增大采样窗口后的基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
进一步的，增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out的表达式如下：
其中：U′out是增大采样窗口后的合成目标电压矢量；
T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
进一步的，由式(1)、(2)和(3)得出：
Uout＝U′out
增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out与合成的目标电压矢量Uout相等。
本发明的有益技术效果：按照本发明的基于三级中断嵌套的电流采样算法，本发明提供的基于三级中断嵌套的电流采样算法，通过三级中断嵌套的软件设计，采集真实相电流而不是续电流，避免了电流信息的丢失；在算法中根据扇区关系进行切换，快速采集相电流，具有很好的实时性；采用增大采样窗口方法及补偿策略，解决了电流采样盲区问题；采用双电阻采样方法，用采样电阻取代电流传感器，降低成本。
附图说明
图1为按照本发明的基于三级中断嵌套的电流采样算法的一优选实施例的流程图；
图2为按照本发明的基于三级中断嵌套的电流采样算法的一优选实施例的扇区采样窗口示意图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例；
图3为按照本发明的基于三级中断嵌套的电流采样算法的一优选实施例的增大采样窗口及补偿策略示意图，该实施例可以是与图1或图2相同的实施例，也可以是与图1或图2不同的实施例；
图4为按照本发明的基于三级中断嵌套的电流采样算法的一优选实施例的电压空间矢量合成示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3不同的实施例。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：当PWM计数器减计数到0，进入主下溢中断；
步骤2：进入主下溢中断后，设置电流采样等待时间使能定时器T0中断；
步骤3：定时完成后，进入定时器T0中断子程序，使能ADC中断，禁能定时器T0中断；
步骤4：进入ADC中断子程序，查询实时扇区，判断导通的两下桥臂；
步骤5：采集多次对应的两相的真实电流，求第三相电流；
步骤6：自适应滤波处理，禁能ADC中断；
步骤7：输出三相电流IA、IB和IC；
步骤8：返回主中断。
进一步的，在本实施例中，如图2所示，以扇区I为例，进入ADC中断子程序；
选取扇区I，查询实时扇区，电流采集的区域为(1 0 0)，(1 0 0)为扇区采样窗口，三相电流中的B相电流和C相电流的下桥臂中的两个IGBT导通；
在的时间内采集到电流IB和电流IC；
再根据基尔霍夫定律，求出电流IA。
进一步的，在本实施例中，如图3所示，在一个PWM计数器减计数周期内，电流采样区域选取在最大占空比与中间占空比的两相上升沿之间；为了增大电流的采样窗口，在中间占空比相的上半周期，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达上升沿；在一个PWM计数器减计数周期内，在中间占空比相的下半周期进行电流补偿，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达下降沿，对中间占空比进行纠正。
进一步的，在本实施例中，如图4所示，对中间占空比进行纠正是通过电压空间矢量合成来完成的。
进一步的，在本实施例中，所述电压空间矢量合成的公式如下：
Ts＝T4+T6+T0 (1)
其中：Ts为开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间；
Uout是合成的目标电压矢量。
进一步的，在本实施例中，当增大电流的采样窗口，并在中间占空比相的下半周期进行电流补偿后，增大采样窗口后的开关周期TS′的表达式如下：
其中：T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T′4、T′6、T′0分别为增大采样窗口后的基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
进一步的，在本实施例中，增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out的表达式如下：
其中：U′out是增大采样窗口后的合成目标电压矢量；
T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
进一步的，在本实施例中，由式(1)、(2)和(3)得出：
Uout＝U′out
增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out与合成的目标电压矢量Uout相等，即增大采样窗口不会改变PWM载波周期内的目标电压矢量。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的基于三级中断嵌套的电流采样算法，本实施例提供的基于三级中断嵌套的电流采样算法，通过三级中断嵌套的软件设计，采集真实相电流而不是续电流，避免了电流信息的丢失；在算法中根据扇区关系进行切换，快速采集相电流，具有很好的实时性；采用增大采样窗口方法及补偿策略，解决了电流采样盲区问题；采用双电阻采样方法，用采样电阻取代电流传感器，降低成本。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：当PWM计数器减计数到0，进入主下溢中断；
步骤2：进入主下溢中断后，设置电流采样等待时间使能定时器T0中断；
步骤3：定时完成后，进入定时器T0中断子程序，使能ADC中断，禁能定时器T0中断；
步骤4：进入ADC中断子程序，查询实时扇区，判断导通的两下桥臂；
步骤5：采集多次对应的两相的真实电流，求第三相电流；
步骤6：自适应滤波处理，禁能ADC中断；
步骤7：输出三相电流IA、IB和IC；
步骤8：返回主中断。
2.根据权利要求1所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，进入ADC中断子程序；
选取扇区I，查询实时扇区，电流采集的区域为(1 0 0)，(1 00)为扇区采样窗口，三相电流中的B相电流和C相电流的下桥臂中的两个IGBT导通；
在的时间内采集到电流IB和电流IC；
再根据基尔霍夫定律，求出电流IA。
3.根据权利要求1所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，在一个PWM计数器减计数周期内，电流采样区域选取在最大占空比与中间占空比的两相上升沿之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，为了增大电流的采样窗口，在中间占空比相的上半周期，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达上升沿。
5.根据权利要求4所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，在一个PWM计数器减计数周期内，在中间占空比相的下半周期进行电流补偿，延迟δt时间，δ为大于0的常数，使中间占空比相到达下降沿，对中间占空比进行纠正。
6.根据权利要求5所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，对中间占空比进行纠正是通过电压空间矢量合成来完成的。
7.根据权利要求6所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，所述电压空间矢量合成的公式如下：
Ts＝T4+T6+T0 (1)
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其中：Ts为开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间；
Uout是合成的目标电压矢量。
8.根据权利要求7所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，当增大电流的采样窗口，并在中间占空比相的下半周期进行电流补偿后，增大采样窗口后的开关周期T′S的表达式如下：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>S</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mn>4</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mn>6</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mn>0</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T′4、T′6、T′0分别为增大采样窗口后的基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
9.根据权利要求8所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out的表达式如下：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>U</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>S</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中：U′out是增大采样窗口后的合成目标电压矢量；
T′S为增大采样窗口后的开关周期；
T4、T6、T0分别为基本矢量U4、U6和零矢量U0的作用时间。
10.根据权利要求9所述的一种基于三级中断嵌套的电流采样算法，其特征在于，由式(1)、(2)和(3)得出：
Uout＝U′out
增大采样窗口后的合成目标电压矢量U′out与合成的目标电压矢量Uout相等。
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