CN109391199A - 死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质 - Google Patents

死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质，该死区补偿方法包括：根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线；根据三相参考电流从所述死区补偿曲线得到实时的三相死区补偿电压；将实时的三相死区补偿电压分别叠加到对应的三相电压占空比命令上，完成死区补偿。本发明实施例通过辨识死区补偿曲线，并对实际电流进行处理后进行死区补偿，可以提高死区补偿的补偿精度，减小相电流畸变，保障不同电流指令尤其是小电流指令下的电流响应一致性，提升电机控制性能。

Description

死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质
技术领域
本发明实施例涉及电机驱动控制领域，更具体地说，涉及一种死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质。
背景技术
脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)电压源型逆变器广泛应用于电机驱动控制领域。在实际应用中，由于逆变器中开关器件的固有存储时间的存在，使开关器件开通时间小于关断时间，为了避免同相桥臂互补开通的两个开关管的短路故障，通常需将开通信号延迟一个死区时间后发出。开关器件的开通时间、关断时间、死区时间设置和器件导通压降会使开关器件实际输出的电压与给定电压相比产生非线性畸变，进而引发电机电流畸变，影响电机控制性能。
为提高控制性能，需要对该死区效应进行补偿。如图1所示，现有技术中，为了减小死区补偿电压在电流过零点附近的跳变，常通过在电流零点附近设置一个阈值，在设定电流阈值范围内，对设定的死区时间所对应的误差电压进行线性插补，得到与电流相关的死区补偿电压2，再以检测到的相电流1作为参考进行死区补偿。
由于实际的死区电压与电流呈非线性关系，若按照简单的线性插补生成的死区补偿曲线来做死区补偿，并不能准确地补偿死区效应，会导致不同电流指令下的电流响应一致性较差。另外，受实际电流采样噪声的影响，作为死区补偿参考的相电流存在大量噪声成分，相应的死区补偿电压值也会随之抖动，影响最终的补偿效果。
发明内容
本发明实施例提供一种死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质，旨在解决上述现有的死区补偿方法存在的因实际的死区电压与电流呈非线性关系而导致的无法准确补偿死区效应的问题。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种死区补偿方法，该死区补偿方法，包括：
根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线；
根据三相参考电流从所述死区补偿曲线得到实时的三相死区补偿电压；
将实时的三相死区补偿电压分别叠加到对应的三相电压占空比命令上，完成死区补偿。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线，包括：
使逆变器模块中第三相的上桥开关管和下桥开关管保持关闭状态，并使所述逆变器模块中第一相和第二相的开关管按照设定的死区时间互补导通；
在电流达到稳定状态后，采样若干个脉冲宽度调制周期的所述第一相的相电流，并根据所述若干个脉冲宽度调制周期的第一相的相电流，计算获得第一相的相电流平均值；
在所述第一相的相电流平均值大于或等于设定阈值时，进入到下一步骤；否则调整所述第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，并返回上一步骤；
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得所述死区补偿曲线。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得所述死区补偿曲线，包括：
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，生成实际的相电压-相电流曲线；
根据所述实际的相电压-相电流曲线获得理想的相电压-相电流曲线；
将所述实际的相电压-相电流曲线减去所述理想的相电压-相电流曲线，得到所述死区补偿曲线。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述第一相的脉冲宽度调制信号的初始占空比为50％，所述第二相的脉冲宽度调制信号的初始占空比为50％。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述调整所述第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，包括：将下一周期的第一相的脉冲宽度调制信号的占空比调整为当前周期第一相的脉冲宽度调制信号的占空比加0.1％，将下一周期的第二相的脉冲宽度调制信号的占空调整为当前周期的第二相的脉冲宽度调制信号的占空比减0.1％。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，生成实际的相电压-相电流曲线，包括：
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得实际的相电流-相电压曲线；
根据所述实际的相电流-相电压曲线，通过横坐标和纵坐标对调获得实际的相电压-相电流曲线。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述根据所述实际的相电压-相电流曲线获得理想的相电压-相电流曲线，包括：
取所述实际的相电压-相电流曲线的线性段计算出理想的相电压-相电流正比例函数的斜率，获得理想的相电压-相电流曲线，且所述线性段为所述相电压_相电流曲线的尾段。
在本发明实施例所述的死区补偿方法中，所述三相参考电流通过以下方式获得：
对采样得到的第一相和第二相的相电流进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的相电流；
对所述两相静止坐标系下的相电流进行帕克变换，得到两相同步旋转坐标系下的相电流；
对所述两相同步旋转坐标系下的相电流进行低通滤波处理，得到滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流；
对所述滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流进行帕克逆变换和克拉克逆变换，得到滤波后的三相静止坐标系下的相电流，并将所述滤波后的三相静止坐标系下的相电流作为三相参考电流。
本发明实施例还提供一种电机驱动器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述电机驱动器死区补偿方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述电机驱动器死区补偿方法的步骤。
本发明实施例的电机驱动器死区补偿方法、电机驱动器及计算机可读存储介质，通过辨识死区补偿曲线，并对实际电流进行处理后进行死区补偿，可以提高死区补偿的补偿精度，减小相电流畸变，保障不同电流指令尤其是小电流指令下的电流响应一致性，提升了电机控制性能。
附图说明
图1是已有的死区补偿方法实施例的示意图；
图2是本发明实施例提供的死区补偿方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的死区补偿方法中辨识死区补偿曲线的第一流程示意图；
图4是本发明实施例提供的死区补偿方法中辨识死区补偿曲线的第二流程示意图；
图5是本发明实施例提供的死区补偿方法中实际的相电压-相电流曲线、理想的相电压-相电流曲线与死区补偿曲线示意图；
图6是本发明实施例提供的死区补偿方法中滤波后的三相静止坐标系下的相电流和采样得到的相电流的波形示意图；
图7是本发明实施例提供的死区补偿方法中实际的死区补偿电压与实际相电流的波形示意图；
图8是本发明实施例提供的死区补偿方法中进行死区补偿后的相电流波形和没有死区补偿的相电流波形示意图；
图9是本发明实施例提供的电机驱动器的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，是本发明实施例提供的死区补偿方法的流程示意图，该死区补偿方法可应用于电机驱动器，并提高电机驱动器的控制精度。本实施例中的死区补偿方法具体包括以下步骤：
步骤S1：根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线。与按照简单的线性插补生成的死区补偿曲线不同，根据电机驱动器的硬件特性获得的死区补偿曲线可准确地补偿死区效应，使得在不同电流指令下的电流响应一致性较好。
具体地，如图3所示，该步骤可通过以下步骤获得死区补偿曲线：
步骤S11：使逆变器模块中第三相(例如W相)的上桥开关管和下桥开关管保持关闭状态，并使逆变器模块中第一相(例如U相)和第二相(例如V相)的开关管按照设定的死区时间互补导通，进行第j＝0次测量；其中在开关管互补导通时，第一相的脉冲宽度调制信号的初始占空比具体可为Duty_U(0)＝50％，第二相的脉冲宽度调制信号的初始占空比具体可为Duty_V(0)＝50％。
步骤S12：在电流达到稳定状态后，采样若干个脉冲宽度调制周期的第一相的相电流，并根据若干个脉冲宽度调制周期的第一相的相电流，计算获得第一相的相电流平均值I(j)。
步骤S13：在第一相的相电流平均值I(j)大于或等于设定阈值时执行步骤S15；否则执行步骤S14。
步骤S14：调整第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，并返回步骤S12，进行第j+1次测量；其中，上述设定阈值具体可为电机驱动器的额定电流。
上述调整第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，具体可通过以下方式：将下一周期(即在同一周期中，占空比保持不变)的第一相的脉冲宽度调制信号的占空比调整为当前周期第一相的脉冲宽度调制信号的占空比加0.1％，即Duty_U(j+1)＝Duty_U(j)+0.1％；将下一周期(即在同一周期中，占空比保持不变)的第二相的脉冲宽度调制信号的占空调整为当前周期的第二相的脉冲宽度调制信号的占空比减0.1％，即Duty_V(j+1)＝Duty_V(j)-0.1％。
步骤S15：根据多组第一相的相电流平均值I(j)与对应的第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得死区补偿曲线，死区补偿曲线如图4所示中的曲线5所示。
在上述步骤S15中，如图4所示，具体可通过以下步骤获得死区补偿曲线：
步骤S151：根据多组第一相的相电流平均值与对应的第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得实际的相电流-相电压曲线(I-U曲线)；因最终得到的死区补偿曲线是电压关于电流的函数，因此为了方便描述函数关系，可根据实际的相电流-相电压曲线(I-U曲线)，通过横坐标和纵坐标对调获得实际的相电压-相电流曲线3(U-I曲线)，如图5所示。
步骤S152：根据实际的相电压-相电流曲线3(U-I曲线)获得理想的相电压-相电流曲线4。该步骤具体可通过以下方式实现：
取实际的相电压-相电流曲线3(U-I曲线)的线性段计算出理想的相电压-相电流正比例函数的斜率K，获得理想的相电压-相电流曲线4(U＝K*I)，上述线性段具体为相电压_相电流曲线3(U-I曲线)的尾段31。
步骤S153：将实际的相电压-相电流曲线3(U-I曲线)减去理想的相电压-相电流曲线4(U-I曲线)，得到死区补偿曲线5。
步骤S2：根据三相参考电流从死区补偿曲线得到实时的三相死区补偿电压。
在实际驱动永磁同步电机运转时，实际的相电流采样值存在大量噪声成分，需要对采样得到的相电流进行滤波处理，减小采样噪声对死区补偿效果的影响，通过对采样得到的相电流进行滤波处理，得到三相静止坐标系下的相电流即三相参考电流。其中，三相参考电流通过以下方式获得：
步骤S21：对采样得到的第一相和第二相的相电流Iu、Iv进行克拉克(CLARK)变换，得到两相静止坐标系下的相电流Ialfa、Ibeta，计算式如式(1)：
步骤S22：对两相静止坐标系下的相电流Ialfa、Ibeta进行帕克(PARK)变换，得到两相同步旋转坐标系下的相电流Id、Iq，计算式如式(2)：
其中，角度θ是指电机电气角度，通过安装在电机轴上的编码器获取。
步骤S23：对两相同步旋转坐标系下的相电流Id、Iq进行低通滤波处理，得到滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流I’d、I’q；
步骤S24：对滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流I’d、I’q进行帕克逆变换和克拉克逆变换，得到滤波后的三相静止坐标系下的相电流I’u、I’v，即三相参考电流，计算式如式(3)：
根据三相参考电流I’u、I’v和I’w从死区补偿曲线得到实时的三相死区补偿电压。
如图6所示，为上述滤波后的三相静止坐标系下的相电流I’u、I’v(如图6中的曲线6所示)和采样得到的相电流Iu、Iv(如图6中的曲线7所示)的波形示意图。
步骤S3：将实时的三相死区补偿电压分别叠加到对应的三相电压占空比命令上，完成死区补偿。实时的死区补偿电压8与实际相电流9如图7所示。
如图8所示，按本发明实施例的电机驱动器死区补偿方法进行死区补偿后的相电流11，相比于没有死区补偿的相电流10，相电流畸变不明显，谐波成分减小。
本发明实施例提供的死区补偿方法可以对全范围电流下的死区进行准确补偿，减小因死区效应造成的影响，各种不同大小电流指令下的电流响应一致性较好，尤其是保障小电流指令下的电流响应一致性，提升了电机控制性能。
本发明实施例还提供一种电机驱动器12，如图9所示，包括存储器121和处理器122，存储器121中存储有可在处理器122上运行的计算机程序，处理器122执行计算机程序时实现如上所述死区补偿方法的步骤。
本实施例中的电机控制器与上述死区补偿方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述死区补偿方法的步骤。
本实施例中的计算机可读存储介质与上述死区补偿方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种死区补偿方法，其特征在于，包括：
根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线；
根据三相参考电流从所述死区补偿曲线得到实时的三相死区补偿电压；
将实时的三相死区补偿电压分别叠加到对应的三相电压占空比命令上，完成死区补偿。
2.根据权利要求1所述的死区补偿方法，其特征在于，所述根据电机驱动器的硬件特性辨识获得死区补偿曲线，包括：
使逆变器模块中第三相的上桥开关管和下桥开关管保持关闭状态，并使所述逆变器模块中第一相和第二相的开关管按照设定的死区时间互补导通；
在电流达到稳定状态后，采样若干个脉冲宽度调制周期的所述第一相的相电流，并根据所述若干个脉冲宽度调制周期的第一相的相电流，计算获得第一相的相电流平均值；
在所述第一相的相电流平均值大于或等于设定阈值时，进入到下一步骤；否则调整所述第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，并返回上一步骤；
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得所述死区补偿曲线。
3.根据权利要求2所述的死区补偿方法，其特征在于，所述根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得所述死区补偿曲线，包括：
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，生成实际的相电压-相电流曲线；
根据所述实际的相电压-相电流曲线获得理想的相电压-相电流曲线；
将所述实际的相电压-相电流曲线减去所述理想的相电压-相电流曲线，得到所述死区补偿曲线。
4.根据权利要求2所述的死区补偿方法，其特征在于，所述第一相的脉冲宽度调制信号的初始占空比为50％，所述第二相的脉冲宽度调制信号的初始占空比为50％。
5.根据权利要求4所述的死区补偿方法，其特征在于，所述调整所述第一相的脉冲宽度调制信号和第二相的脉冲宽度调制信号的占空比，包括：将下一周期的第一相的脉冲宽度调制信号的占空比调整为当前周期第一相的脉冲宽度调制信号的占空比加0.1％，将下一周期的第二相的脉冲宽度调制信号的占空调整为当前周期的第二相的脉冲宽度调制信号的占空比减0.1％。
6.根据权利要求3所述的死区补偿方法，其特征在于，所述根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，生成实际的相电压-相电流曲线包括：
根据多组所述第一相的相电流平均值与对应的所述第一相的脉冲宽度调制信号的占空比，获得实际的相电流-相电压曲线；
根据所述实际的相电流-相电压曲线，通过横坐标和纵坐标对调获得实际的相电压-相电流曲线。
7.根据权利要求3所述的死区补偿方法，其特征在于，所述根据所述实际的相电压-相电流曲线获得理想的相电压-相电流曲线包括：
取所述实际的相电压-相电流曲线的线性段计算出理想的相电压-相电流正比例函数的斜率，获得理想的相电压-相电流曲线，且所述线性段为所述相电压_相电流曲线的尾段。
8.根据权利要求1所述的死区补偿方法，其特征在于，所述三相参考电流通过以下方式获得：
对采样得到的第一相和第二相的相电流进行克拉克变换，得到两相静止坐标系下的相电流；
对所述两相静止坐标系下的相电流进行帕克变换，得到两相同步旋转坐标系下的相电流；
对所述两相同步旋转坐标系下的相电流进行低通滤波处理，得到滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流；
对所述滤波后的两相同步旋转坐标系下的相电流进行帕克逆变换和克拉克逆变换，得到滤波后的三相静止坐标系下的相电流，并将所述滤波后的三相静止坐标系下的相电流作为三相参考电流。
9.一种电机驱动器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述死区补偿方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述死区补偿方法的步骤。
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