CN108494295B - 基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，包括以下步骤：建立开关管导通压降的特征模型、开关管开通特征模型、开关管关断特性模型、开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型；初始以当前温度下的典型值进行补偿，启动电机；通过对电机运行状态参数进行检测，判断电机三相电压是否达到补偿理想状态；如未达到目标优级，则调整开关管对应于上述步骤中的模型参数，建立每个开关管的个性模型，直到补偿达到目标优级。采用上述技术方案，具有自学习和自适应特性；闭环反馈控制，保证补偿效果,减小转矩脉动，并且能够避免常规补偿中的缺陷，如零电流钳位的问题；克服了前期测试工作量大的缺陷。

Description

基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法
技术领域
本发明属于电机驱动控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)由于具有高效率、高功率密度、良好的动态性能、启动加速特性好等优点，在工业驱动、医疗设备、航空航天、电动汽车等领域被广泛选用。内置式永磁同步电机将永磁体嵌入转子内部，直交轴电感不对称，除了电磁转矩之外还有磁阻转矩，因而弱磁性能更好，高速运行的鲁棒性也更好，为电动汽车所采用。
电机由电机控制器控制逆变器，逆变器输出驱动电压电流给电机。在基于PWM控制的驱动系统中，由于死区时间、开关不符合理想模型等因素，控制系统中电压参考值与实际输出值之间出现非线性的电压误差，影响系统性能，比如电压电流畸变、系统不稳定、转矩脉动、控制性能恶化。
死区的存在，是由于为了防止上下两个开关管同时导通而出现短路，因而在两个开关器件间加入一个间隔时间，这样输出电压就不是指令需要的理想电压，输出电压和理想电压的差异称为电压畸变。
开关不符合理想模型，主要是指开关管会产生一个电压降低，并且开关管在接收到开关信号到产生开关动作会需要一个过程，这样输出电压与指令电压又存在一个差异，这个偏差会使得三相电流产生5次和7次谐波、零电流嵌位，出现转矩脉动，恶化控制性能。
因此，对逆变器的非线性进行补偿，意义十分重大，而开关器件的非线性特性又跟温度具有强相关关系，对温度进行补偿也是必要的。
现有技术中，对于逆变器非线性进行补偿的技术，主要有两类：一类是离线测试逆变器非线性特性数据，在线时查表进行补偿，这种方案依赖于大量的试验，数据量大，且难以在误差电压变化时及时给出准确的补偿；另一类方法基于过零点检测，这类方法往往会出现零电流钳位的问题。
发明内容
本发明提供基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，其目的是解决现有技术的上述缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，目标是转矩脉动达到优级和操控性能全输出范围达到优级，包括以下步骤：
步骤1、建立开关管导通压降的特征模型；
步骤2、建立开关管开通特征模型；
步骤3、建立开关管关断特性模型；
步骤4、建立开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型；
步骤5、初始以当前温度下的典型值进行补偿，启动电机；
步骤6、通过对电机运行状态参数进行检测，判断电机三相电压是否达到补偿理想状态；如未达到目标优级，则调整开关管对应于步骤1、步骤2、步骤3的模型参数，建立每个开关管的个性模型，直到补偿达到目标优级。
在所述的步骤1中，建立开关管IGBT导通压降的特征模型，根据选定的IGBT的手册，可以得到不同温度下的输出特性曲线，从而可以得到以导通电流、温度为自变量，导通压降为应变量的曲线图。
在所述的步骤2中，建立开关管IGBT开通特征模型，所述的开通特征模型是在开通电压、导通电流、温度为变量，开通时间为结果的图。
在所述的步骤3中，建立开关管IGBT关断特性模型；所述的关断特征模型是在关断电压、导通电流、温度为变量，关断时间为结果的图。
在所述的步骤4中，建立开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型，即选取特定温度下且电流相同时的曲线图，作为一个典型的特征模型。
在所述的步骤5中，选取电源电压、开关管温度及电流分别为V、T、I的特定值条件下时，由导通压降特性曲线知道导通压降为ΔV，那么可以知道上管后面的电压是V－ΔV伏，下管连接电机的电压是ΔV，就不会产生因为使用V－0伏的误差，由此可以对电压进行补偿；
在所述的步骤5中，选取电源电压为300(x)V，开关管在25℃、100A条件下时由导通压降特性曲线知道导通压降为0.87V，那么可以知道上管后面的电压是299.13伏，下管连接电机的电压是0.87V，就不会产生因为使用300伏和0伏的误差，由此可以对电压进行补偿。
在所述的步骤6中，所述的建立每个开关管的个性模型，即建立开关管的数学模型，比如直线aT+b，T代表温度，aT+b是所有开关管的特征模型，那么修改a和b的值就是调整模型参数，可使每个管的ab不同但是符合本身，距离直到补偿达到转矩脉动和操控有效度达到目标优级。
该电机逆变器的非线性补偿和温度补偿系统包括电压检测装置。
所述电压检测装置检测直流电源输入到逆变器的电压，以及电机三相的实时电压。
所述的电机为永磁同步驱动电机。
本发明采用上述技术方案，使用电机三相电压曲线作为开关管补偿模型的调整依据和目标，具有自学习和自适应特性；闭环反馈控制，保证补偿效果，不仅能实现补偿，减小转矩脉动，并且能够避免常规补偿中的缺陷，如零电流钳位的问题；克服了现有技术会导致的前期测试工作量大的缺陷。
附图说明
图1为本发明的逆变器非线性补偿和温度补偿系统结构示意图。
图2为开通电压的示意图；
图3为关断电压的示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所表达的本发明的结构，为一种基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度系统，包括：电机控制器、逆变器、电机、线束、电压检测装置。
所述电机控制器，是根据检测的信号，整车控制器的驱动指令，电机控制策略，控制电机的运转。
所述逆变器，是将直流电源的直流电变换为三相交流电供给电机。
所述电机，为永磁同步驱动电机。
所述线束，包括功率线束和信号检测线束。
所述电压检测装置，检测直流电源输入到逆变器的电压，以及电机三相的实时电压。
电压源型逆变器的功率器件在导通和关断时，需要一定的开通关断时间，但是逆变器上下桥臂不能同时开通和关断，为避免出现故障，需要设置死区时间，以保证同一桥臂的一只开关管关断后，另一只开关管才能开通。但是死区的计入会导致指令电压矢量和输出电压矢量产生偏差，因此需要进行补偿。
为了实现克服现有技术的缺陷的发明目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，补偿的目标是转矩脉动达到优级和操控性能全输出范围达到优级。
电机为纯电动驱动75kW电机。改进过程中需要解决的技术问题是：
1、建立所需特征模型；
2、检测电机运行状态的参数,对三相电压进行判断是否达到理想状态；
3、若未达到理想状态，则调整模型参数，进行补偿，以达到目标优先级。
该方法包括以下步骤：
步骤1、建立开关管IGBT导通压降的特征模型；
步骤2、建立开关管IGBT开通特征模型；
步骤3、建立开关管IGBT关断特性模型；
步骤4、建立开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型；
步骤5、初始以当前温度下的典型值进行补偿，启动电机；
步骤6、通过对电机运行状态参数进行检测，判断电机三相电压是否达到补偿理想状态，如未达到目标优级，则调整开关管对应于步骤1、步骤2、步骤3的模型参数，建立每个开关管的个性模型，直到补偿达到转矩脉动和操控有效度达到目标优级。
在所述的步骤1中，建立开关管IGBT导通压降的特征模型，根据选定的IGBT的手册，可以得到不同温度下的输出特性曲线，从而可以得到以导通电流、温度为自变量，导通压降为应变量的曲线图。
在所述的步骤2中，建立开关管IGBT开通特征模型，所述的开通特征模型是在开通电压、导通电流、温度为变量，开通时间为结果的图。如图2所示。
在所述的步骤3中，建立开关管IGBT关断特性模型；所述的关断特征模型是在关断电压、导通电流、温度为变量，关断时间为结果的图。如图3所示。
在所述的步骤4中，建立开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型，即选取特定温度下且电流相同时的曲线图，作为一个典型的特征模型(如25℃，100A)。
在所述的步骤5中，初始以当前温度下的典型值进行补偿，启动电机；
选取电源电压为V＝300V，开关管T在25℃、I＝100A条件下时由导通压降特性曲线知道导通压降为ΔV＝0.87V，那么可以知道上管后面的电压是300－0.87＝299.13伏，下管连接电机的电压是0.87V，就不会产生因为使用300伏和0伏的误差，由此可以对电压进行补偿。
在所述的步骤6中，通过对电机运行状态参数进行检测，判断电机三相电压是否达到补偿理想状态，如未达到目标优级，则调整开关管对应于步骤1、步骤2、步骤3的模型参数，建立每个开关管的个性模型，即建立开关管的数学模型，比如直线aT+b，T代表温度，aT+b是所有开关管的特征模型，那么修改a和b的值就是调整模型参数，可使每个管的a、b不同但是符合本身，距离直到补偿达到转矩脉动和操控有效度达到目标优级。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，目标是转矩脉动达到优级和操控性能全输出范围达到优级；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、建立开关管导通压降的特征模型：建立开关管IGBT导通压降的特征模型，根据选定的IGBT的手册，可以得到不同温度下的输出特性曲线，从而可以得到以导通电流、温度为自变量，导通压降为应变量的曲线图；
步骤2、建立开关管开通特征模型：建立开关管IGBT开通特征模型，所述的开通特征模型是在开通电压、导通电流、温度为变量，开通时间为结果的图；
步骤3、建立开关管关断特性模型：建立开关管IGBT关断特性模型；所述的关断特征模型是在关断电压、导通电流、温度为变量，关断时间为结果的图；
步骤4、建立开通曲线、关断曲线、导通压降与温度的典型特征模型：即选取特定温度下且电流相同时的曲线图，作为一个典型的特征模型；
步骤5、初始以当前温度下的典型值进行补偿，启动电机：选取电源电压、开关管温度及电流分别为V、T、I的特定值条件下时，由导通压降特性曲线知道导通压降为ΔV，那么可以知道上管后面的电压是V－ΔV伏，下管连接电机的电压是ΔV，就不会产生因为使用V－0伏的误差，由此可以对电压进行补偿；
步骤6、通过对电机运行状态参数进行检测，判断电机三相电压是否达到补偿理想状态；如未达到目标优级，则调整开关管对应于步骤1、步骤2、步骤3的模型参数，建立每个开关管的数学模型，直到补偿达到目标优级。
2.按照权利要求1所述的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，其特征在于：在所述的步骤6中，所述数学模型为直线aT+b，T代表温度，aT+b是所有开关管的特征模型，那么修改a和b的值就是调整模型参数，可使每个管的a、b不同但是符合本身，直到补偿达到转矩脉动和操控有效度达到目标优级。
3.按照权利要求1所述的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，其特征在于：该电机逆变器的非线性补偿和温度补偿系统包括电压检测装置。
4.按照权利要求3所述的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，其特征在于：所述电压检测装置检测直流电源输入到逆变器的电压，以及电机三相的实时电压。
5.按照权利要求1所述的基于模型的交流电机逆变器非线性补偿和温度补偿方法，其特征在于：所述的电机为永磁同步驱动电机。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264737A (zh) * 2008-02-04 2008-09-17 深圳市陆地方舟电动车有限公司 电动汽车矢量控制交流变频调速系统
CN102624276A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 杭州电子科技大学 一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法
CN103236798A (zh) * 2013-04-26 2013-08-07 北方工业大学 一种三电平逆变器死区补偿控制方法
CN104753423A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 迪尔公司 转矩估算和补偿的方法及其系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5315053B2 (ja) * 2006-08-30 2013-10-16 Ｔｈｋ株式会社 永久磁石界磁型リニアモータ用電力供給装置、及び永久磁石界磁型モータ用ｐｗｍインバータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101264737A (zh) * 2008-02-04 2008-09-17 深圳市陆地方舟电动车有限公司 电动汽车矢量控制交流变频调速系统
CN102624276A (zh) * 2012-04-25 2012-08-01 杭州电子科技大学 一种新颖的交流伺服逆变器死区效应补偿的方法
CN103236798A (zh) * 2013-04-26 2013-08-07 北方工业大学 一种三电平逆变器死区补偿控制方法
CN104753423A (zh) * 2013-12-27 2015-07-01 迪尔公司 转矩估算和补偿的方法及其系统

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