CN109586634A - 一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法及其同步电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法，包括：确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率并根据估计角频率确定所述转子的位置θ；根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿。

Description

一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法及其同步 电机

技术领域

本申请涉及同步电机控制领域，并且更具体地，涉及一种永磁同步电机无位置传感 器的死区补偿方法。

背景技术

永磁同步电机作为近年来被广泛使用的一种电机，因其结构简单，体积小，转矩惯量小，功率密度大，功率因数大和控制性能好等优点，一直是电机控制领域关注的驱动电机，尤其在电动汽车领域，永磁同步电机越来越被广泛地使用。随着现代工业控制技术的发展，永磁同步电机控制系统正在朝着高精度、高可靠性、高稳定性、高响应速度调速范 围广、转矩脉动小等更高性能的方向研究探索。

目前，永磁同步电机控制方法主要有变压变频调速，直接转矩控制和矢量控制。相比变压变频调速和直接转矩控制，按转子磁场定向的矢量控制技术较成熟，动态、稳定性能较佳，因此得到了广泛的应用。在矢量控制转速闭环控制系统中，转子位置的检测是必不可少的，通常需要传感器来检测转子磁极的位置，然而在一些特定的场合，机械传感器的安装不仅增加了系统成本和维修上的难度，也降低了系统的稳定性和可靠性。随着电力电子技术和计算机技术的发展，无位置传感器控制技术因其成本低、硬件结构简单引起了广泛的重视。

无位置传感器控制技术中常用的位置估算方法有：利用电机模型直接计算法、基于 观测器的方法、模型参考自适应、扩展卡尔曼滤波和高频注入法。模型参考自适应转速估 算方法具有自适应能力，在运行过程中可调模型的动态响应与参考模型的动态响应保持一 致，当出现偏差时，将偏差信号输入给自适应调节器，改变控制器参数，使误差逐步减小。 模型参考自适应系统应用了超稳定性理论，对电机参数变化和外界扰动有较强的鲁棒性， 采用采用自适应控制，具有算法简单，适用范围广的优点，能够满足实际电机控制性能的 需要。模型参考自适应在异步电机中有很多的应用，在永磁同步电机中，虽然数学模型比 异步电机简单，但是由于永磁体的存在，使得推导自适应律的过程需要做一定的处理。将 永磁同步电机的电流方程变换成适合于模型参考自适应方法的标准型，在此基础上推导了 自适应律。

对于理想情况下的永磁同步电机矢量控制，三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功 率开关器件的开关信号是互补的。但是，实际绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开通和关断是需 要时间的，且开通时间小于关断时间，为了防止同一桥臂上下功率管直通，需在空间矢量 脉宽调制(SVPWM)开关动作期间加入一段死区时间，此外，IGBT和二极管饱和压降的 存在也会导致电压的畸变，引起死区效应。

根据功率器件的性能来设置死区时间的大小，通常为4～10μs，时间非常短可以忽略 不计，不会对系统性能产生很大影响。但连续累积情况则不同，由于永磁同步电机矢量控 制是是由电压空间矢量输出六路PWM信号作用于逆变器，逆变器产生八个基本电压矢量， 用相邻的有效工作矢量合成期望的输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。旋转磁场越接近 于圆，功率器件的开关频率越高，死区效应的积累更为明显。载波频率越高，死区时间对 电机运行时相电流的影响就越大。当电机低速或轻载运行时，频率低，逆变器输出电压电 流较小，基波含量减少，高次谐波含量增加，死区时间的大小不变，但产生误差电压矢量相同，电压电流的畸变率越大，死区效应更加显著。它的累积效应足以导致PMSM相电压 和相电流畸变、零电流钳位以及转矩和转速脉动，使逆变器特性呈非线性，从而影响永磁 同步电机驱动系统的性能。因此为提高IPMSM控制性能，对逆变器死区进行有效补偿是 非常必要的。

发明内容

本申请提供一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法，能够减少死区效应引 起的电机驱动系统性能下降的问题。

第一方面，提供了一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法，包括：确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系 下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电 流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述 转子的估计角频率并根据估计角频率确定所述转子的位置θ；根据所述转子的位置θ 和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的，所述根据所述转子的位置θ和所述同步 电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿，包括：确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β 为αβ轴补偿电压，Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c的 关系满足下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述同 步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率包括：根据下式确定所述转子的估计 角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述永 磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电流 矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p、K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微分 算子。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述确 定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐 标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，包括：将所述永磁同步电机逆变器输 出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark变换和Park变换，转换成两相旋转坐标系下的定 子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输出的三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，转换 成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述方 法还包括：确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相 电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A 点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的 开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的关 断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管导 通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直流电 压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功 率开关器件的延迟开通时间。

第二方面，提供一种永磁同步电机，包括：确定单元，所述确定单元用于确定确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标 系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；所述确定单元还用于确定所述定子在d 轴和q轴的电流分量的估计值根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的 估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估 计角频率并根据估计角频率确定所述转子的位置θ；处理单元，所述处理单元用于 根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补 偿。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述处理单元用于：确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参 考电压，Δu_α、Δu_β为αβ轴补偿电压，Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三 相电流i_a、i_b、i_c的关系满足下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述确 定单元用于：根据下式确定所述转子的估计角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述永 磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电流 矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p、K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微分 算子。

结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述确 定单元用于：将所述永磁同步电机逆变器输出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark变换和Park变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输出的 三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述处 理单元还用于：确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为，

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相 电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A 点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的 开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的关 断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管导 通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直流电 压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功 率开关器件的延迟开通时间。

针对逆变器的死区效应，当前死区补偿主要方法是电压前馈和电流前馈补偿。采用 电流反馈判断电流方向，修正开关器件开通时刻以实现死区补偿不需要附加电路，但由于 采用反馈电流判断电流过零点，补偿精度较低，并将导致输出波形滞后。本发明使用的是 基于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)的电压前馈死区 补偿方法。电流矢量位置的确定是电压前馈死区补偿的关键，该方法依据电机系统的给定 电流来确定电流矢量位置，可省去硬件检测电路；并在SVPWM算法中直接进行电压前馈 补偿以削弱逆变器输出的5、7次谐波电流，抑制电机转矩脉动。

附图说明

图1是本申请一个实施例的方法的示意性流程图。

图2为本申请一个实施例的模型参考自适应估算转子位置原理图。

图3为本申请一个实施例的三相电压型逆变器原理图。

图4为本申请一个实施例的死区单边设置时的电压波形图。

图5为本申请一个实施例的电流矢量与补偿电压的关系。

图6为本申请一个实施例的电流矢量的扇区分布。

图7为本申请一个实施例的监控系统(Monitoring Analysis and ResponseSystem， MRAS)的死区补偿控制框图。

图8示出了本申请一个实施例的同步电机的装置的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

如图1所示，永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法，包括：

步骤110，确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

步骤120，确定所述定子在d轴和q轴的电流分量的估计值根据同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量 u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率

步骤130，根据估计角频率确定所述转子的位置θ；

步骤140，根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿。

可选地，作为本申请一个实施例，所述根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电 流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿，包括：确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β为αβ轴 补偿电压，Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c的关系满足 下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

可选地，作为本申请一个实施例，所述根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转 子的估计角频率包括：根据下式确定所述转子的估计角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述永 磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电流 矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p、K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微分 算子。

可选地，作为本申请一个实施例，所述确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子 在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分 量i_d、i_q，包括：将所述永磁同步电机逆变器输出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark 变换和Park变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输 出的三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

可选地，作为本申请一个实施例，所述方法还包括：确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为，

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相 电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A 点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的 开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的关 断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管导 通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直流电 压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功 率开关器件的延迟开通时间。

图2为模型参考自适应估算转子位置原理图，其中u为定子电压，参考模型和可调模 型的输出分别为i*、两者的差值定义为误差矢量根据超稳定性定理对误差矢 量进行调节，使误差系统稳定，得到自适应律，输出待观测变量再反馈到可调模型的输入进行调节，直到误差非常小，估算的转子位置就接近实际位置。

图3为本发明使用的三相电压型逆变器原理图。理性的电压型逆变器上下开关管是 互补的，上桥臂关断则下桥臂打开，上桥臂打开则下桥臂关断。但是实际的IGBT开通和关断都是需要时间的，而且IGBT是有饱和压降，续流二极管有正向导通电压的。所以在 空间矢量脉宽调制输出的六路脉冲都加了延迟时间，输入到三相电压型逆变器用以模拟死区时间。

图4为死区单边设置时的电压波形图，死区时间采取单边不对称设置，即延迟t_d开通， 死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为

T_error＝t_d+t_on-t_off

其中，t_on为开关器件的开通时间，t_off为开关器件的关断时间。

考虑到开关器件的导通压降，以A相为例，规定电流流入电机为正，流出为负。当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导 通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电 压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿 原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

式中，u_sat为功率开关管导通压降；u_diode为续流二极管导通压降；u_dc为直流电压；T_s为PWM调制周期。

图5为电流矢量角度的关系图。电压前馈死区补偿方法的关健是如何确定电流矢量 位置。本发明使用的方法是依据i_d、i_q的给定值计算出在dq坐标系中的电流矢量i_s与d轴间的夹角θ₂,MRAS估算的电机转子位置角θ₁加上θ₂就是死区补偿算法中的电流矢量i_s的角度θ₃。即

θ₃＝θ₁+θ₂

图6为电流矢量的扇区分布，误差电压矢量取决于电流矢量角，依据三相电流方向的6种可能性，将电流矢量的全周期分为6个扇区，在每个扇区内，三相电流方向不会发生变化。当三相电流方向不变时，误差电压矢量是一个幅值不变的恒定电压。将这个恒定电压转化为静止两相坐标系下的电压，于是可以得到在两相静止轴系中补偿电压与电流矢量角的关系。根据这6个扇区采用电压前馈死区补偿方法分别修正SVPWM算法中给定的电 压矢量值，进而修正逆变器输出电压。补偿后的两相静止坐标系下的电压为 其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β为αβ轴补偿电压。

图7为基于MRAS异步电机低速控制框图。整个控制框图是双闭环矢量调节控制系统。模型参考自适应估算出转子的位置估算转速与给定转速的差值经过PI调节器后得到d轴电流参考值q轴电流参考值为由永磁同步电机检测出三相电流i_a、i_b、i_c， 此三相电流经过Clark变换和Park变换后得到的旋转坐标系下的定子电流i_d和i_q。分别将 电流和与电流i_d和i_q进行作差，两者的差值通过PI调节器后得出两相旋转坐标系dq 轴上的定子电压u_d和u_q，经过反Park变换得出两相静止坐标系αβ轴上的电压u_α和u_β， 通过空间矢量脉宽调制来产生PWM波形，控制三相电压型逆变器上下桥臂的通断，产生 三相电压，进而控制永磁同步电机的转速。永磁同步电机检测出的三相定子电流i_a、i_b、i_c和三相定子电压u_a、u_b、u_c在经过反Clark变换和反Park变换转化为dq轴系上的定子电 流i_d、i_q和定子电压u_d、u_q，作为模型参考自适应系统的输入从而估算出转子位置

图8示出了本申请一个实施例的同步电机的装置的示意性框图。如图8所示，包括：确定单元810，所述确定单元810确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q 轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q； 所述确定单元810还用于确定所述定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同 步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电 流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述 转子的估计角频率并根据估计角频率确定所述转子的位置θ；处理单元820，所述 处理单元820用于根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步 电机进行电压前馈补偿。

可选地，作为本申请一个实施例，所述处理单元810用于：确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β 为αβ轴补偿电压，Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c的 关系满足下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

可选地，作为本申请一个实施例，所述确定单元810用于：根据下式确定所述转子的估计角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述 永磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电 流矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p、K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微 分算子。

可选地，作为本申请一个实施例，所述确定单元810用于：将所述永磁同步电机逆变器输出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark变换和Park变换，转换成两相旋转坐标 系下的定子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输出的三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变 换，转换成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

可选地，作为本申请一个实施例，所述处理单元820用于：确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为，

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相 电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A 点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的 开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的 关断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管 导通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直 流电压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的 上下功率开关器件的延迟开通时间。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元 及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟 以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员 可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出 本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元 的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或 组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的 间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示 的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网 络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目 的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是 各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存 储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对 现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算 机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人 计算机，服务器，或者第二设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、 随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序 代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机无位置传感器的死区补偿方法，其特征在于，包括：

确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率

根据估计角频率确定所述转子的位置θ；

根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿，包括：

确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β为αβ轴补偿电压，

Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c的关系满足下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率包括：

根据下式确定所述转子的估计角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述永磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电流矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p，K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微分算子。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，包括：

将所述永磁同步电机逆变器输出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark变换和Park变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输出的三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的关断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管导通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直流电压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的延迟开通时间。

6.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

确定单元，所述确定单元用于确定两相旋转坐标系下的所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，两相旋转坐标系下的所述定子在d轴和q轴的电流分量i_d、i_q；

所述确定单元还用于确定所述定子在d轴和q轴的电流估计值根据所述定子在d轴和q轴的电流分量的估计值所述同步电机定子在d轴和q轴的电压分量u_d、u_q，确定所述转子的估计角频率并根据估计角频率确定所述转子的位置θ；

处理单元，所述处理单元用于根据所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c对所述同步电机进行电压前馈补偿。

7.根据权利要求6所述的同步电机，其特征在于，所述处理单元用于：

确定补偿后的两相静止坐标系下的电压为其中，为αβ轴参考电压，Δu_α、Δu_β为αβ轴补偿电压，

Δu_α、Δu_β、所述转子的位置θ和所述同步电机三相电流i_a、i_b、i_c的关系满足下表：

其中，u_error为一个调制周期内电压误差。

8.根据权利要求6所述的同步电机，其特征在于，所述确定单元用于：

根据下式确定所述转子的估计角频率

其中，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机定子电感在d轴和q轴的分量，ψ_f为所述永磁同步电机永磁体磁链，为所述永磁同步电机转子的初始角频率，为定子电流矢量估计值在d轴和q轴的分量，K_p、K_i为PI调节器的比例系数和积分系数，p为微分算子。

9.根据权利要求6所述的同步电机，其特征在于，所述确定单元用于：

将所述永磁同步电机逆变器输出的三相定子电压u_a、u_b、u_c，经Clark变换和Park变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电压u_d、u_q，将所述永磁同步电机输出的三相定子电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，转换成两相旋转坐标系下的定子电流i_d、i_q。

10.根据权利要求7所述的同步电机，其特征在于，所述处理单元还用于：

确定死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为

T_error＝t_d+t_on-t_off，

规定电流流入电机为正，流出为负，当相电流i_a＞0时，上桥臂开关管导通，A点的相电压为u_a＝u_dc/2-u_diode，下桥臂二极管导通，A点的相电压为u_a＝-u_dc/2-u_diode，当相电流i_a＜0时，下桥臂开关管导通，A点相电压为u_a＝-u_dc/2+u_sat，上桥臂二极管导通，A点相电压为u_a＝u_dc/2+u_diode，根据伏秒补偿原理可以推出在一个调制周期内电压误差为

其中，t_on为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的开通时间，t_off为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的关断时间，u_sat为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件管导通压降；u_diode为所述永磁同步电机三相电压型逆变器的续流二极管导通压降；u_dc为直流电压；T_s为PWM调制周期，t_d为所述永磁同步电机三相电压型逆变器同一桥臂中的上下功率开关器件的延迟开通时间。