CN107547027A - 一种单电阻电机电流采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机控制技术领域，公开了一种单电阻电机电流采样方法，PWM信号输送给驱动桥的功率管，通过采样电阻对驱动桥进行电流采样，包括以下步骤：S1.在PWM信号输送给驱动桥的功率管之前对PWM信号进行双切调制；S2.根据PWM双切调制结果计算出与之相对应的电流采样时刻，对采样电阻电流进行采样；S3.根据采样的结果重构出三相电流。本发明在保证测量精度高的同时，能够有效避免采用单电阻在低调制区和扇区过渡区域无法测量电机电流的问题，实现了单电阻测电机电流。同时，由于本采用方法易于软件实现，相对于现有技术的复杂电路，本发明大大降低了测量成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，更具体地，涉及一种单电阻电机电流采样方法。
背景技术
如图1所示，在母线采样电路中，包括上端或下端单电阻母线电流采样电路。
通常使用采样电阻对电流进行采样。将空间矢量调整PWM信号直接发送给驱动桥功率管，然后对采样电阻进行采样，进行克拉克变换。但采用单电阻进行电流采样，在低调制区和扇区过渡区域存在无法测量电机电流的问题。如图2所示，当调制系数为0，PWM占空比为50％时，向量全为000和111零矢量，采样电阻没有电流流过，无法采样电流。
现有技术通过采用多个采样电阻及其配套电路来解决这个问题，导致电流采样电路复杂且成本高。
电机转子在每个扇区中，三相电流均呈现出规律的大小关系，包括最大电流、次大电流以及最小电流，本文中将最大电流、次大电流以及最小电流所对应的电机相称为最大相，次大相以及最小相。如在第1扇区，电流大小关系为：U>V>W；第2扇区：V>U>W；第3扇区：U>W>V；第4扇区：W>V>U；第5扇区：W>U>V；第6扇区：U>W>V。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种能避免低调制区和扇区过渡区域采用单电阻无法测量电机电流的单电阻电机电流采样方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下。
提供一种单电阻电机电流采样方法，PWM信号输送给驱动桥的功率管，通过采样电阻对驱动桥进行电流采样，包括以下步骤：
S1.在PWM信号输送给驱动桥的功率管之前对PWM信号进行双切调制；
S2.根据PWM双切调制结果计算出与之相对应的电流采样时刻，对采样电阻电流进行采样；
S3.根据采样的结果重构出三相电流。
所述步骤S1具体包括，
S11.采集包括空间矢量调制算法输出的三路PWM信号以及电机转子当前所处的扇区；
S12.根据电机转子当前所处的扇区对PWM信号进行插入零矢量操作。
优选地，所述步骤S12中，根据中心沿对齐的每相PWM控制信号，对其每个周期的正中间进行插入零矢量操作。使得同一周期三相PWM信号产生的多个非零矢量位置对称，电机上任意时刻都存在非零矢量，就让电机电流采样成为可能，同时一个周期内对称时刻的两次采样，提高了后续采样时刻的准确性。
所述步骤S12中，根据两相PWM的偏差与预先设定的时间阈值的比较结果，设定插入的零矢量的大小。
进一步地，所述步骤S12中，对最小相PWM信号插入的零矢量的大小为死区时间值；除去最小相的另外两相中，将所在相与电流比其小的一相的PWM偏差，同预先设定的时间阈值比较；当所述PWM偏差不小于时间阈值时，插入的零矢量大小为死区时间值；当所述PWM偏差小于时间阈值时，插入的零矢量大小等于时间阈值与死区时间之和减去PWM偏差的差值。
所述时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值；所述第一时间阈值为采样时间的四倍；所述第二时间阈值为采样时间的两倍；在每个扇区中，设定最大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第一时间阈值；设定次大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第二时间阈值。
本发明通过对零矢量大小的巧妙设定，使得同一周期三相PWM信号能产生体现两相电流的四个非零矢量。
所述步骤S2中，在三相非零矢量出现时进行电流采样。
进一步地，为了提高采样时刻的准确性，所述步骤S2具体包括，在同一周期内对最小相和次大相进行触发采样，所述触发采样的时刻为同一周期内非零矢量所对应的上升沿时刻减去偏差的差值，以及非零矢量所对应的下降沿时刻减去偏差的差值。
所述步骤S3具体包括：
S31.为了提高采样电流的准确性，取同一周期内两次采样值的平均值作为这个周期的相电流的采样值；根据四次采样的结果，得到两相电流；
S32.根据公式iu+iv+iw＝0得到第三相电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在PWM输送给驱动桥的功率管之前增加PWM双切调制，根据PWM双切调制计算出与之相对应的采样时刻，控制ADC在采样电阻上特定时刻进行采样，然后根据采样的结果重构出三相电流。本发明在保证测量精度高的同时，能够有效避免采用单电阻在低调制区和扇区过渡区域无法测量电机电流的问题，实现了单电阻测电机电流。同时，由于本采用方法易于软件实现，相对于现有技术复杂电路，本发明大大降低了测量成本。
附图说明
图1为现有技术单电阻电流采样的电路原理示意图。
图2为现有技术单电阻采样电流的三相PWM信号。
图3为本发明单电阻电机电流采样方法示意图。
图4为实施例1进行了双切调制后的PWM信号。
图5为实施例1触发采样时刻的计算示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种单电阻电机电流采样方法，以解决现有技术图2中出现零矢量无法采集电流的问题。
如图3所示，PWM信号输送给驱动桥的功率管，通过采样电阻对驱动桥进行电流采样，包括以下步骤。
S1.在PWM信号输送给驱动桥的功率管之前对PWM信号进行双切调制。
S11.采集包括空间矢量调制算法输出的三路PWM信号以及电机转子当前所处的扇区；
S12.根据电机转子当前所处的扇区对PWM信号进行插入零矢量操作。
根据每相电流信号的占空比，对每相PWM信号的每个周期的占空比的正中间进行插入零矢量操作。
如表1所示，根据两相PWM的偏差与预先设定的时间阈值的比较结果，设定插入的零矢量的大小。对最小相PWM信号插入的零矢量的大小为死区时间值；除去最小相的另外两相中，将所在相与电流比其小的一相的PWM偏差，同预先设定的时间阈值比较；当所述PWM偏差不小于时间阈值时，插入的零矢量大小为死区时间值；当所述PWM偏差小于时间阈值时，插入的零矢量大小等于时间阈值与死区时间之和减去PWM偏差的差值。时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值；所述第一时间阈值为采样时间的四倍；所述第二时间阈值为采样时间的两倍；在每个扇区中，设定最大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第一时间阈值；设定次大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第二时间阈值。
表1
其中：pulse_u,pulse_v,pulse_w分别代表插入零矢量的大小。
m代表死区时间，s代表ADC采样时间，Δuv代表u相和v相pwm的偏差，Δvw代表v相和w相pwm的偏差，Δwu代表w相和u相pwm的偏差。
本实施例以第1扇区为例，设定每相插入零矢量的大小。在第一扇区中，相电流u>v>w。
最大相电流对应的最大相u,设定最大相u插入的零矢量的大小。其偏差为最大相u与次大相v的pwm偏差,时间阈值为第一时间阈值，为采样时间的四倍4s。当Δuv小于4s时，最大相u插入的零矢量的大小为4s+m-Δuv；当Δuv不小于4s时，最大相u插入的零矢量的大小为m。
设定次大相u插入的零矢量的大小。其偏差为次大相v与最小相w的pwm偏差,时间阈值为第二时间阈值，为采样时间的两倍2s。当Δvw小于2s时，次大相v插入的零矢量的大小为2s+m-Δvw；当Δvw不小于2s时，最大相u插入的零矢量的大小为m。
设定最小相w插入的零矢量的大小为m。
同理，设定第2至6扇区各相插入的零矢量大小。
如图4所示，为当转子在扇区1的时候且调制系数为0时，即三相PWM均为50％时，进行双切调制后的PWM信号。在对各相插入相应的零矢量后，同一周期采集的信号由图2所示的零矢量000、111，变成了非零矢量100，110，，并且非零矢量100，110在同一周期均出现了两次，如图中iu,-iw位置所示。此时，采样电阻上有电流流过。
S2.根据PWM双切调制结果计算出与之相对应的电流采样时刻，对采样电阻电流进行采样。
在一个pwm周期内进行四次触发采样，触发的时刻计算如表2、图5所示。四次采样可以得到四次采样值，包括两相的电流信息，每相电流包含两个值。其中trig_1,trig_2,trig_3,trig_4分别代表四次触发时刻；T代表的是pwm的周期；pwm_u,pwm_v,pwm_w分别代表三相pwm大小。
表2
如图4所示，经过双切调制算法后的u、v、w三相PWM，分别插入4s+m，2s+m，m的000零矢量，因而形成了100和110两个非零矢量，通过控制ADC在这两个矢量出现的时刻进行采样即可得到iu和-iw。在非零矢量100、110出现的时刻进行采样，非零矢量100、110均出现两次，则进行四次采样。即在v相中的第一个上升沿进行采样得到第一个相电流iu，w相中第一个上升沿进行采样得到第二个相电流-iw；在w相中第二个下降沿进行采样得到第三个相电流-iw，在v相中的第二个下降沿进行采样得到第四个相电流iu。
由于实际采样过程中会出现延时偏差，因此在同一周期内对三相电流进行触发采样的时刻均需减去延时的偏差。触发采样的时刻为同一周期内非零矢量所对应的上升沿时刻减去偏差的差值，以及非零矢量所对应的下降沿时刻减去偏差的差值。
S3.根据采样的结果重构出三相电流。
S31.取同一周期内两次采样值的平均值作为这个周期的相电流的采样值；根据四次采样的结果，得到两相电流。
以第1扇区为例，三相电流重构具体如下：
四次触发时trig_1,trig_2,trig_3,trig_4刻对应的电流采样值i1,i2,i3,i4。如图4所示，其中i1和i4是u相电流的两次采样值，取其平均值作为u相的电流，同理，取i2和i3的平均值作为w相的电流值。根据当前电机转子所处的扇区可以得出表3所列的计算公式。iu，iv，iw分别代表三相电流。由于采样电阻上的电流没有方向，在重构电流时需要对w相电流增加负号。
S32.根据公式iu+iv+iw＝0得到第三相电流。
v相电流是通过公式iu+iv+iw＝0得到的。同理可得其他扇区的电流重构情况。
| 扇区 | iu | iv | iw |
| 1 | (i1+i4)/2 | 0-iu-iw | -(i2+i3)/2 |
| 2 | 0-iv-iw | (i1+i4)/2 | -(i2+i3)/2 |
| 3 | -(i2+i3)/2 | (i1+i4)/2 | 0-iu-iv |
| 4 | -(i2+i3)/2 | 0-iu-iw | (i1+i4)/2 |
| 5 | 0-iv-iw | -(i2+i3)/2 | (i1+i4)/2 |
| 6 | (i1+i4)/2 | -(i2+i3)/2 | 0-iu-iv |
表3
本实施例的单电阻电机电流采样方法，在低调制区和扇区过渡区域均能进行电流采样，电流采样精度高，成本低。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单电阻电机电流采样方法，PWM信号输送给驱动桥的功率管，通过采样电阻对驱动桥进行电流采样，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在PWM信号输送给驱动桥的功率管之前对PWM信号进行双切调制；
S2.根据PWM双切调制结果计算出与之相对应的电流采样时刻，对采样电阻电流进行采样；
S3.根据采样的结果重构出三相电流。
2.根据权利要求1所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括，
S11.采集包括空间矢量调制算法输出的三路PWM信号以及电机转子当前所处的扇区；
S12.根据电机转子当前所处的扇区对PWM信号进行插入零矢量操作。
3.根据权利要求2所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤
S12中，根据中心沿对齐的每相PWM控制信号，对其每个周期的正中间进行插入零矢量操作。
4.根据权利要求3所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤
S12中，根据两相PWM的偏差与预先设定的时间阈值的比较结果，设定插入的零矢量的大小。
5.根据权利要求4所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S12中，对最小相PWM信号插入的零矢量的大小为死区时间值；除去最小相的另外两相中，将所在相与电流比其小的一相的PWM偏差，同预先设定的时间阈值比较；当所述PWM偏差不小于时间阈值时，插入的零矢量大小为死区时间值；当所述PWM偏差小于时间阈值时，插入的零矢量大小等于时间阈值与死区时间之和减去PWM偏差的差值。
6.根据权利要求4或5所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述时间阈值包括第一时间阈值和第二时间阈值；所述第一时间阈值为采样时间的四倍；所述第二时间阈值为采样时间的两倍；在每个扇区中，设定最大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第一时间阈值；设定次大相的PWM信号插入零矢量的大小时，采用第二时间阈值。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S2中，在三相非零矢量出现时进行电流采样。
8.根据权利要求7所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括，在同一周期内对最小相和次大相进行触发采样，所述触发采样的时刻为同一周期内非零矢量所对应的上升沿时刻减去偏差的差值，以及非零矢量所对应的下降沿时刻减去偏差的差值。
9.根据权利要求8所述的单电阻电机电流采样方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31.取同一周期内两次采样值的平均值作为这个周期的相电流的采样值；根据四次采样的结果，得到两相电流；
S32.根据公式iu+iv+iw＝0得到第三相电流。
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