CN111130425B - 死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质 - Google Patents

死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质，该方法：获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。本方案相较于目前大多都采用的电流极性判断方法，为避免电流过零引起更严重的电流畸变，通过电压观测直接进行补偿，从而将死区补偿与电流极性独立，避免了电流过零时的死区补偿问题。

Description

死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质
技术领域
本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质。
背景技术
在三相逆变器中，为了输出较理想的电流波形，逆变器中的开关器件管必须在较高的开关频率下工作。在同一桥臂的两个开关器件管的换向过程中，为了防止两只开关器件管产生直通而被烧坏，需要在两只开关器件管的开通与关断时刻之间加入一定的死区时间(Td)。其中，逆变器为将直流电能转化为交流电的转换器。
由于为保证同一桥臂上下两开关器件管不同时导通，必须在开通和关断信号之间设置一个死区时间，同时开关器件管本身存在开通关断延时(Ton和Toff)，因此理想的调制信号和开关器件管输出的实际信号之间存在偏差。这个偏差引起死区效应，所产生的死区效应会造成逆变器输出电压基波分量减小、输出电流波形畸变及输出转矩脉动。
目前的死区补偿大多都采用电流极性的判断方法，其中基于平均电压误差补偿法是通过三相电流或者三相电流变换后通过电流矢量角来判断电流极性，通过电流极性分不同的扇区进行电压补偿，电压的补偿值根据死区时间和母线电压等参数进行计算。而电流采样受到硬件电流采样的影响，存在干扰。由于电流存在过零，电流在过零附近电流采样的不准确，会使电流极性判断出现差错，使得死区补偿出现错误，从而原本在过零点畸变的电流变得更加严重。
发明内容
本申请的目的在于提供一种死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质，能够将死区补偿与电流极性独立，从而避免了电流过零时的死区补偿问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种死区补偿方法，包括：
获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；
计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。
第二方面，本申请实施例提供了一种死区补偿装置，包括：
获取模块，用于获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；
第一计算模块，用于计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
第二计算模块，用于根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
补偿模块，用于将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。
第三方面，本申请实施例提供了一种电机驱动器，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第一方面中所述死区补偿方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了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，实现如第一方面中所述死区补偿方法的步骤。
本申请提供的死区补偿方法、装置、电机驱动器及存储介质，获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。本方案相较于目前大多都采用的电流极性判断方法，为避免电流过零引起更严重的电流畸变，通过电压观测直接进行补偿，从而将死区补偿与电流极性独立，避免了电流过零时的死区补偿问题。
附图说明
图1为本申请的一些实施方式所提供的一种死区补偿方法的流程图；
图2为本申请的一些实施方式所提供的一种电机矢量控制算法的实现框图；
图3为本申请的一些实施方式所提供的一种死区补偿装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本申请的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在三相PWM逆变器中，为保证同一桥臂上下两管不同时导通，必须在开通和关断信号之间设置一个死区时间，同时开关器件本身存在开通关断延时，因此理想的调制信号和开关管输出的实际信号之间存在偏差。这个偏差引起死区效应，使输出电压波形产生畸变，降低了基波幅值，增加了低次谐波含量和电机的谐波损耗，在低频以及高载波频率时，会使电机电磁转矩发生较大脉动。
为解决上述死区效应问题，本申请提出了一种死区补偿方法及装置、一种电机驱动器及一种计算机可读存储介质。
请参考图1，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种死区补偿方法的流程图，如图所示，所述死区补偿方法，可以包括以下步骤：
步骤S101：获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压。
具体的，可以通过以下步骤获取当前周期电机的dq轴电压：
采样电机的三相电流；例如，三相电流ia、ib、ic。
对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流；例如，将上述三相电流ia、ib、ic转换为id、iq，即实际的dq轴电流。
根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，以获得当前周期的dq轴电压。其中，dq轴给定电流为当前周期需求的dq轴电流，需求的dq轴电流与实际的dq轴电流通过电流环实现闭环运行，得到当前周期的dq轴电压，如图2所示，图2示出了一种电机矢量控制算法的实现框图。如图2所示，采样三相电流后，经过Clark变换，再经过Park，得到上述实际的dq轴电流。
进一步的，将得到当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压，即转换为αβ坐标系下的电压。
由于逆变器死区的存在，使得当前周期的dq轴电压比经过逆变器后的电压要小，所以此时需要通过死区补偿来补偿由于逆变器开关过程损失掉的电压，通过死区补偿得到需要补偿的电压，并进行合理的补偿，对于电机的控制的精度有很好的作用。
通过以下步骤进行死区补偿电压的确定。
步骤S102：计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
步骤S103：根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
步骤S104：将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。
在本申请的一些实施方式中，步骤S103具体包括：根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压；对所述dq轴死区补偿电压进行坐标变换以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压。
具体的，可以根据以下公式(公式3)计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压；
Figure BDA0002332141570000051
其中，ud_dead、uq_dead为dq轴死区补偿电压，Δud、Δuq为当前周期与上一样周期的dq轴电压差，id、iq为dq轴电流，ωe为电角速度，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感。
上述公式的推导过程如下：
考虑死区补偿后的dq轴电压为(公式1)：
Figure BDA0002332141570000052
其中，
ud，uq为dq轴电压，id，iq为dq轴电流，Ld Lq为dq轴电感，R为定子电阻，ωe为电角速度，ψf为永磁体磁链，ud_dead uq_dead为dq轴补偿电压，θ为电机电角度。
在上述公式基础上，假设电流的采样周期足够短，小于PWM(脉宽调制)周期，又因为电机的电角度和电角速度的周期是与采样周期不是一个数量级的。比如采样周期是10us，一台电机极对数和旋变极对数均为6对极的电机在5000rpm时的电周期为2ms，是采样频率的200倍，实际应用中该值会更高。所以在一个采样周期内计算死区补偿时间时不考虑电角度的变化。
Figure BDA0002332141570000053
上述公式(公式2)中，ΔudΔuq为当前采样周期与上一采样周期dq轴电压差值，ud为d轴电压，ΔidΔiq为当前采样周期与上一采样周期dq轴电流差值，Δt为当前采样周期。
由以上公式1和公式2得到公式3。
由于一般对电压的补偿在αβ坐标系下更为方便实现，所以可得αβ坐标系的死区补偿电压为(公式4)：
Figure BDA0002332141570000061
如图2所示，死区补偿后的电压与电流环出来的dq轴电压经反Park变换后的电压求和后输入给SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)，从而达到补偿死区的目的，通过死区补偿，可以降低电流畸变率和扭矩脉动。其中，电流畸变率为总谐波电流有效值与基波电流有效值之比。
相较于现有技术，本申请实施例提供的上述死区补偿方法，获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。本方案，为避免电流过零引起更严重的电流畸变，通过电压观测直接进行补偿，从而将死区补偿与电流极性独立，避免了电流过零时的死区补偿问题。
在上述的实施例中，提供了一种死区补偿方法，与之相对应的，本申请还提供一种死区补偿装置。本申请实施例提供的死区补偿装置可以实施上述死区补偿方法，该死区补偿装置可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该死区补偿装置可以包括集成的或分开的功能模块或单元来执行上述各方法中的对应步骤。请参考图3，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种死区补偿装置的示意图。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。
如图3所示，所述死区补偿装置10可以包括：
获取模块101，用于获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；
第一计算模块102，用于计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
第二计算模块103，用于根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
补偿模块104，用于将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿。
在一种可能的实现方式中，在本申请实施例提供的上述装置中，所述获取模块101，具体用于：
采样电机的三相电流；
对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流；
根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，以获得当前周期的dq轴电压。
在一种可能的实现方式中，在本申请实施例提供的上述装置中，所述第二计算模块103，具体用于：
根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压；
对所述dq轴死区补偿电压进行坐标变换以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压。
在一种可能的实现方式中，在本申请实施例提供的上述装置中，所述第二计算模块103根据以下公式计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压；
Figure BDA0002332141570000071
其中，ud_dead、uq_dead为dq轴死区补偿电压，Δud、Δuq为当前周期与上一样周期的dq轴电压差，id、iq为dq轴电流，ωe为电角速度，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感。
本申请实施例提供的死区补偿装置10，与本申请前述实施例提供的死区补偿方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。
本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的死区补偿方法对应的电机驱动器，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上述实施例的死区补偿方法的步骤。
本申请实施例提供的电机驱动器与本申请实施例提供的死区补偿方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
本申请实施方式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，实现上述实施例的死区补偿方法的步骤。
本申请实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的死区补偿方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
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，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。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，又例如，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通信接口，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，在本申请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，本申请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，或者网络设备等)执行本申请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。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (4)

1.一种死区补偿方法，其特征在于，包括：
获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；
计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿；
所述获取当前周期电机的dq轴电压，包括：
采样电机的三相电流；
对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流；
根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，以获得当前周期的dq轴电压；
所述根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压，包括：
根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压；
对所述dq轴死区补偿电压进行坐标变换以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
根据以下公式计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压；
Figure FDA0003050252370000011
其中，ud_dead、uq_dead为dq轴死区补偿电压，Δud、Δuq为当前周期与上一周期的dq轴电压差，id、iq为dq轴电流，ωe为电角速度，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感。
2.一种死区补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取当前周期电机的dq轴电压、电角度及电角速度，并对所述当前周期的dq轴电压进行坐标转换以获得两相静止坐标电压；
第一计算模块，用于计算已存储的上一周期的dq轴电压和所述当前周期的dq轴电压的差，以得到dq轴电压差；
第二计算模块，用于根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
补偿模块，用于将所述两相静止坐标死区补偿电压加到所述两相静止坐标电压上，进行死区补偿；
所述获取模块，具体用于：
采样电机的三相电流；
对所述三相电流进行坐标转换以获得dq轴电流；
根据dq轴给定电流、所述dq轴电流进行电流调节计算，以获得当前周期的dq轴电压；
所述第二计算模块，具体用于：
根据所述dq轴电压差、电角度及电角速度进行死区补偿计算以获得当前周期的dq轴死区补偿电压；
对所述dq轴死区补偿电压进行坐标变换以获得当前周期的两相静止坐标死区补偿电压；
所述第二计算模块根据以下公式计算所述当前周期的dq轴死区补偿电压；
Figure FDA0003050252370000021
其中，ud_dead、uq_dead为dq轴死区补偿电压，Δud、Δuq为当前周期与上一周期的dq轴电压差，id、iq为dq轴电流，ωe为电角速度，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感。
3.一种电机驱动器，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所述死区补偿方法的步骤。
4.一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所述死区补偿方法的步骤。
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