CN111313787A - 电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统及控制方法，逆变器由直流母线电压供电，将电机三相绕组分别与逆变器输出三相接口相连，将电机A、B两相绕组输入线缆分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，另外将输入逆变器正端的线缆也分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，利用A、B两相电流传感器最终采集信号与逆变器开关状态之间的拓扑关系，利用关联表分析电流传感器偏置误差以及增益误差在不同输出电压扇区的估算方法，通过电流传感器进行电流采样，直接快速、精准的估算出电流传感器的偏置误差和增益误差。本发明电流传感器误差估计速度快、效率高，精度更高，估算适用性更强，误差估算计算量更小。

Description

电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电机驱动控制领域，尤其是一种电机自校正驱动系统及控制方法。

背景技术

现代三相电机驱动控制技术大大提高了电机系统的性能，这种性能的提升极大程度的依赖于系统各个电流传感器，得力于这些高精度电流传感器对于系统电流的精准采集、反馈，系统闭环控制才能得以实现，从而保障系统的高性能运行。然而，由于系统老化，或者运行工况恶劣，如极端温度等，系统中各个电流传感器的精度不可避免的会受到影响，从而导致反馈信号中出现偏置误差和增益误差，最终影响系统的整体性能(如Quoc NamTrinh,Peng Wang,Yi Tang,Leong Hai Koh,Fook Hoong Choo,"Compensation of DCoffset and scaling errors in voltage and current measurements of three-phaseAC/DC converters,"IEEE Transactions on Power Electronics,vol.33,no.6,pp.5401-5414,Jun.2018.(期刊论文)所述)。因此，为了能够保障三相电机驱动系统高精度运行，必须对其系统各个电流传感器的精度进行校正。通常，最为常用的校正方法就是离线校正，具体做法是当系统处于停机状态时，由于系统此时电机三相绕组中的电流值为零，因此，对系统各个电流传感器进行信号采集，就可以读出其偏置误差值，从而对这种误差进行消除。然而，这种方法的缺点就是不能实现增益误差的校正，另外，当偏置误差在系统运行过程中发生变化时，这种方法的有效性就失效了。另外一些关于各个电流传感器误差的校正方法，主要采用系统控制的输出变量波动来估计电流传感器的误差[如文献2-4所述，其中文献2为Hao Yan,Yongxiang Xu,Weiduo Zhao,He Zhang,Chris Gerada,"DC drift errormitigation method for three-phase current reconstruction with single hallcurrent sensor,"IEEE Transactions on Magnetics,vol.55,no.2,pp.8100604,Feb.2019.(期刊论文)，文献3为Kwang-Woon Lee,Sang-Il Kim,"Dynamic performanceimprovement of a current offset error compensator in current vector-controlled SPMSM drives,"IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.66,no.9,pp.6727-6736,Sep.,2019.(期刊论文)，文献4为Quoc Nam Trinh,Fook Hoong Choo,Yi Tang,Peng Wang,"Control strategy to compensate for current and voltagemeasurement errors in three-phase PWM rectifiers,"IEEE Transactions onIndustry Applications,vol.55,no.3,pp.2879-2889,May/Jun.2019.(期刊论文)]。其主要思路是，电流采样误差会影响系统控制变量，从而导致输出电压发生改变，最终导致转速波动。而转速波动可以通过位置/速度传感器获得，从而对电流采样误差进行估计。但是这一类方法存在着一些共有问题，首先，这一类方法通常都需要大量观测器、数字滤波器等复杂算法，增加了微处理器的计算量，应用范围可能受限。另外，由于观测器、滤波器等的存在，其系统响应时间较长，因此，电流采样误差的估计时间往往较长。最后，如果电机系统驱动的是一个大惯量负载，由于其转速波动非常小，因此，电流传感器误差导致的后果将主要体现在转矩脉动上，但出于成本的考虑，电机系统往往不会安装高精度转矩传感器，从而这一类方法就失效了。因此，电流传感器误差的校正控制方法应当具备快速、计算量小、精度高等优点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统及控制方法。解决国内目前电机驱动系统电流采样误差校正方法存在的诸多问题，本发明不仅具有误差检测速度快、精度高的优点，并且不会增加大量复杂的计算量，保障系统高精度运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统，在三相电机驱动控制系统中，逆变器由直流母线电压供电，将电机三相绕组分别与逆变器输出三相接口相连，将电机A、B两相绕组输入线缆分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，另外将输入逆变器正端的线缆也分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，利用A、B两相电流传感器最终采集信号与逆变器开关状态之间的拓扑关系，确定电流采样误差在系统中的表现形式，得出含有误差的电流采样值与逆变器开关状态的关联表，先后利用关联表分析电流传感器偏置误差以及增益误差在不同输出电压扇区的估算方法，最后，利用逆变器最常用的开关状态表，结合在不同电压输出扇区中电流传感器的误差估算方法，分析不同电压输出扇区的电流采样方法，最终通过电流传感器自己进行电流采样，直接快速、精准的估算出电流传感器的偏置误差和增益误差。

本发明还提供涉及一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统的控制方法，具体步骤为：

步骤1：i_AM、i_BM分别是A相电流传感器、B相电流传感器测量得到的电流值，i_AM、i_BM与系统各电流分量及电流传感器误差的关系用公式(1)表示，其中，f_A、f_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的偏置误差，k_A、k_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的增益误差：

由逆变器不同开关状态下系统的拓扑结构得到逆变器输入正端电流i_P与基本电压矢量和逆变器开关状态的关系为表1所示，其中S000～S111的下标数字“0”和“1”由左至右分别表示逆变器A、B、C三相桥臂的开关状态，“0”表示对应相桥臂下管导通上管不导通，“1”表示对应相桥臂上管导通下管不导通：

表1

开关状态

S<sub>000</sub>

S<sub>100</sub>

S<sub>110</sub>

S<sub>010</sub>

S<sub>011</sub>

S<sub>001</sub>

S<sub>101</sub>

S<sub>111</sub>

基本电压矢量

V<sub>0</sub>

V<sub>1</sub>

V<sub>2</sub>

V<sub>3</sub>

V<sub>4</sub>

V<sub>5</sub>

V<sub>6</sub>

V<sub>7</sub>

i<sub>P</sub>

0

i<sub>A</sub>

-i<sub>C</sub>

i<sub>B</sub>

-i<sub>A</sub>

i<sub>C</sub>

-i<sub>B</sub>

0

根据公式(1)、表1以及三相电流和为零(iA+iB+iC＝0)得到iAM、iBM与电流传感器误差之间的关联性为表2所示：

表2

开关状态	S<sub>000</sub>	S<sub>100</sub>	S<sub>110</sub>	S<sub>010</sub>
					基本电压矢量	V<sub>0</sub>	V<sub>1</sub>	V<sub>2</sub>	V<sub>3</sub>
i<sub>AM</sub>	k<sub>A</sub>·i<sub>A</sub>+f<sub>A</sub>	2k<sub>A</sub>·i<sub>A</sub>+f<sub>A</sub>	k<sub>A</sub>·(i<sub>A</sub>-i<sub>C</sub>)+f<sub>A</sub>	-k<sub>A</sub>·i<sub>C</sub>+f<sub>A</sub>
					i<sub>BM</sub>	k<sub>B</sub>·i<sub>B</sub>+f<sub>B</sub>	-k<sub>B</sub>·i<sub>C</sub>+f<sub>B</sub>	k<sub>B</sub>·(i<sub>B</sub>-i<sub>C</sub>)+f<sub>B</sub>	2k<sub>B</sub>·i<sub>B</sub>+f<sub>B</sub>
开关状态	S<sub>011</sub>	S<sub>001</sub>	S<sub>101</sub>	S<sub>111</sub>
					基本电压矢量	V<sub>4</sub>	V<sub>5</sub>	V<sub>6</sub>	V<sub>7</sub>
i<sub>AM</sub>	f<sub>A</sub>	-k<sub>A</sub>·i<sub>B</sub>+f<sub>A</sub>	k<sub>A</sub>·(i<sub>A</sub>-i<sub>B</sub>)+f<sub>A</sub>	k<sub>A</sub>·i<sub>A</sub>+f<sub>A</sub>
					i<sub>BM</sub>	k<sub>B</sub>·(-i<sub>A</sub>+i<sub>B</sub>)+f<sub>B</sub>	-k<sub>B</sub>·i<sub>A</sub>+f<sub>B</sub>	f<sub>B</sub>	k<sub>B</sub>·i<sub>B</sub>+f<sub>B</sub>

步骤2：偏置误差估计：

根据输出电压矢量扇区的不同，得到6个电流值，分别为电压矢量V₇作用下的A相、B相电流值i_{AM_V7}、i_{BM_V7}，以及两个有效电压矢量作用下的A相、B相电流值i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}，其中Vx和Vy分别表示对应输出电压矢量扇区中存在的两个有效基本电压矢量；i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}的值分别是依据各个开关周期对称的两点采样得到的平均值，依据输出电压矢量扇区的不同，计算方法均采用公式(4)所示的方法；

由于输出电压矢量依据其矢量方向的不同，分为六个矢量扇区，即扇区I、扇区II、扇区III、扇区IV、扇区V和扇区VI，不同扇区之间的输出电压矢量合成方法完全不同，针对六个不同扇区的输出电压矢量合成方法分别采用相应的电流传感器误差校正方法、电流采样点设置方法；下面针对六个扇区进行分别说明。

a.扇区I

在输出电压矢量扇区I，七段式空间电压矢量脉宽调制技术其每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量V₀、V₁、V₂、V₇，因为在V₀和V₇作用下i_AM的两个读数值完全相同，i_BM的两个读数值也完全相同，因此，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}、i_{BM_V7}，大小用公式(2)表示：

由公式(2)进行推导，得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(3)所示：

在扇区I，由于在七段式空间电压矢量脉宽调制技术中，每个脉宽调制周期都各有两个V₁和V₂作用小周期以及一个V₇作用小周期，因此，依据公式(3)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，计算方法表示为公式(4)，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到：

b.扇区II

在输出电压矢量扇区II，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₂、V₃、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{AM_V7}、i_{BM_V2}、i_{BM_V3}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(5)所示：

同理，依据公式(5)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

c.扇区III

在输出电压矢量扇区III，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₃、V₄、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V3}、i_{AM_V4}、i_{AM_V7}、i_{BM_V3}、i_{BM_V4}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(6)所示：

同理，依据公式(6)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}和i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

d.扇区IV

在输出电压矢量扇区IV，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₄、V₅、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V4}、i_{AM_V5}、i_{AM_V7}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(7)所示：

同理，依据公式(7)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

e.扇区V

在输出电压矢量扇区V，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₅、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V5}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(8)所示：

同理，依据公式(8)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

f.扇区VI

在输出电压矢量扇区VI，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₁、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(9)所示：

同理，依据公式(9)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}和i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

利用得到的6个电流值，依据每个输出电压矢量扇区中A相、B相传感器偏置误差的计算方法，首先对其偏置误差进行估计，扇区I～VI对应的计算公式分别为公式(3)、公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)；

首先将传感器偏置误差予以消除，在此基础上，得到每个输出电压矢量扇区中，不含偏置误差的两个有效电压矢量作用下的4个电流值，即i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}；

步骤3：增益误差估计：

利用每一相所对应的2个电流值，即A相的i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}和B相的i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}进行做差，得到每相1个新定义的电流差值变量，扇区I～VI对应的变量分别如公式(10)、公式(12)、公式(14)、公式(16)、公式(18)、公式(20)所示；

所得到的电流差值变量进行比例运算，最终得到A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，扇区I～VI对应的比例关系分别如公式(11)、公式(13)、公式(15)、公式(17)、公式(19)、公式(21)所示。

增益误差的估计需要首先将已经估计出的偏置误差从检测到的电流信号中予以抵消，然后针对六个扇区进行的增益误差估计步骤如下；

a.扇区I

在扇区I，从检测得到的电流信号中看出公式(10)所示的关系，其中，A_S1和B_S1为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(11)：

b.扇区II

在扇区II，从检测得到的电流信号中看出公式(12)所示的关系，其中，A_S2和B_S2为定义变量：

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(13)：

c.扇区III

在扇区III，从检测得到的电流信号中看出公式(14)所示的关系，其中，A_S3和B_S3为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(15)：

d.扇区IV

在扇区IV，从检测得到的电流信号中看出公式(16)所示的关系，其中，A_S4和B_S4为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(17)：

e.扇区V

在扇区V，从检测得到的电流信号中看出公式(18)所示的关系，其中，A_S5和B_S5为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(19)：

f.扇区VI

在扇区VI，从检测得到的电流信号中看出公式(20)所示的关系，其中，A_S6和B_S6为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(21)：

利用公式(10)至公式(21)得到A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系，本利用公式(10)至公式(21)得到的关系，将两相的增益误差平均化补偿至采样电流中，具体为公式(22)所示，其中x为补偿参数，i_A'和i_B'为补偿后的电流值；

补偿参数x满足公式(23)的要求：

因此，最终补偿公式为(24)：

利用得到的A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，依据公式(24)得到A相、B相电流传感器的增益误差补偿系数，从而对增益误差予以消除。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明电流传感器误差估算速度更快：由于现有技术对电流传感器误差的估计需要利用电流传感器误差对系统输出转速的影响特性来实现，因此，其从误差产生点到误差估算点之间需要经过微处理器、逆变器、电机、负载、位置/转速传感器、控制器等由诸多硬件构成的通路，从而导致电流传感器误差估计速度慢、效率低，本发明直接利用电流传感器的读数对电流传感器误差进行估计，只需经过微处理器一个硬件，电流传感器误差估计速度快、效率高；

(2)本发明电流传感器误差估算精度更高：由于现有技术对电流传感器误差的估计需要利用系统诸多硬件构成的通路，以此为基础利用多种观测器、滤波器等对系统变量进行分析得到误差估计值，其估计精度受到系统非线性、参数时变特性、负载类型、负载波动、速度传感器精度等多方面的影响，从而导致电流估计精度低，本方案由于估计回路短，不需要额外观测器、滤波器等复杂算法，电流传感器误差估计方法更为直接，系统其它硬件不会对电流传感器误差估计产生影响，电流传感器误差估计精度更高；

(3)本发明电流传感器误差估算适用性更强：由于现有技术对电流传感器误差估计方法需要首先使电流传感器误差经由系统各个环路，使之对系统性能产生影响，再利用速度反馈信号对电流传感器误差进行估计，因此，当电机系统驱动大惯量负载时，电流传感器误差对系统性能的影响将更多的表现为常用驱动系统所不可测量的转矩脉动，而转速波动将会被大惯量负载所滤除掉，因此现有方法的适用性有一定限制，本发明由于其电流传感器误差估计方案不依赖速度反馈信号，其电流传感器误差估计通路也不经过除微处理器之外的其他硬件设备，因此负载类型或负载波动将不会对本方案产生影响，适用性更强；

(4)本发明电流传感器误差估算计算量更小：由于现有技术普遍需要大量复杂观测器、数字滤波器等控制算法，其核心算法计算量非常大，本方案由于采用利用电流传感器读数，通过逆变器拓扑与电流传感器误差之间的关联性，直接估计电流传感器误差的方案，不需要额外引入复杂观测器、滤波器等，因此，本发明计算量更小。

附图说明

图1是本发明电流传感器误差快速在线自校正电机驱动控制方法示意图。

图2是本发明电流传感器误差校正方案对应的输出电压扇区I电流采样点设置示意图。

图中VDC是电机驱动系统直流母线电压，iDC是电机驱动系统直流母线电流，CDC是电机驱动系统直流母线电容，iU是电机驱动系统直流母线电容电流，P是逆变器输入电压正端，N是逆变器输入电压负端，iP是逆变器输入正端电流，iN是逆变器输入负端电流，逆变器中A端口、B端口、C端口分别是逆变器输出到电机三相绕组的接线端口，iAM、iBM分别是A相电流传感器、B相电流传感器测量得到的电流值，iA、iB、iC分别是A相电流、B相电流、C相电流的真实值，V0、V1、V2、V7分别是输出电压扇区I中存在的基本电压矢量，t是时间变量，iX_V1_1、iX_V1_2分别是iAM或iBM在基本电压矢量V1作用下的第1、第2电流采样值，其中X为AM或BM，iX_V2_1、iX_V2_2分别是iAM或iBM在基本电压矢量V2作用下的第1、第2电流采样值，iX_V7分别是iAM或iBM在基本电压矢量V7作用下的电流采样值。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统，在三相电机驱动控制系统中，逆变器由直流母线电压供电，将电机三相绕组分别与逆变器输出三相接口相连，将电机A、B两相绕组输入线缆分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，另外将输入逆变器正端的线缆也分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，利用A、B两相电流传感器最终采集信号与逆变器开关状态之间的拓扑关系，确定电流采样误差在系统中的表现形式，得出含有误差的电流采样值与逆变器开关状态的关联表，先后利用这种关联表分析电流传感器偏置误差以及增益误差在不同输出电压扇区的估算方法，最后，利用逆变器最常用的开关状态表，结合在不同电压输出扇区中电流传感器的误差估算方法，分析不同电压输出扇区的电流采样方法，最终通过电流传感器自己进行电流采样，直接快速、精准的估算出电流传感器的偏置误差和增益误差。

本发明还提供一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统的控制方法，具体步骤为：

步骤1：在图1中，i_AM、i_BM分别是A相电流传感器、B相电流传感器测量得到的电流值，i_AM、i_BM与系统各电流分量及电流传感器误差的关系用公式(1)表示，其中，f_A、f_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的偏置误差，k_A、k_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的增益误差：

由逆变器不同开关状态下系统的拓扑结构得到逆变器输入正端电流i_P与基本电压矢量和逆变器开关状态的关系为表1所示，其中S000～S111的下标数字“0”和“1”由左至右分别表示逆变器A、B、C三相桥臂的开关状态，“0”表示对应相桥臂下管导通上管不导通，“1”表示对应相桥臂上管导通下管不导通：

表1

开关状态

S<sub>000</sub>

S<sub>100</sub>

S<sub>110</sub>

S<sub>010</sub>

S<sub>011</sub>

S<sub>001</sub>

S<sub>101</sub>

S<sub>111</sub>

基本电压矢量

V<sub>0</sub>

V<sub>1</sub>

V<sub>2</sub>

V<sub>3</sub>

V<sub>4</sub>

V<sub>5</sub>

V<sub>6</sub>

V<sub>7</sub>

i<sub>P</sub>

0

i<sub>A</sub>

-i<sub>C</sub>

i<sub>B</sub>

-i<sub>A</sub>

i<sub>C</sub>

-i<sub>B</sub>

0

根据公式(1)、表1以及三相电流和为零(iA+iB+iC＝0)得到iAM、iBM与电流传感器误差之间的关联性为表2所示：

表2

本发明首先需要对电流传感器的偏置误差进行估计，在得到偏置误差数值并予以消除的基础上，再对其增益误差进行估计与消除。下面分两部分进行说明：

步骤2：偏置误差估计：

依据图2所示的电流采样点，根据输出电压矢量扇区的不同，得到6个电流值，分别为电压矢量V₇作用下的A相、B相电流值i_{AM_V7}、i_{BM_V7}，以及两个有效电压矢量作用下的A相、B相电流值i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}，其中Vx和Vy分别表示对应输出电压矢量扇区中存在的两个有效基本电压矢量；i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}的值分别是依据各个开关周期对称的两点采样得到的平均值，依据输出电压矢量扇区的不同，均采用类似图2所示的方式，计算方法均采用公式(4)所示的方法。

由于输出电压矢量依据其矢量方向的不同，分为六个矢量扇区，即扇区I、扇区II、扇区III、扇区IV、扇区V和扇区VI，不同扇区之间的输出电压矢量合成方法是完全不同的，因此，本发明针对六个不同扇区的输出电压矢量合成方法分别采用相应的电流传感器误差校正方法、电流采样点设置方法。下面针对六个扇区进行分别说明。

a.扇区I

在输出电压矢量扇区I，七段式空间电压矢量脉宽调制技术其每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量V₀、V₁、V₂、V₇，因为在V₀和V₇作用下i_AM的两个读数值完全相同，i_BM的两个读数值也完全相同，因此，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}、i_{BM_V7}，大小用公式(2)表示：

由公式(2)进行推导，得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(3)所示：

在扇区I，由于在七段式空间电压矢量脉宽调制技术中，每个脉宽调制周期都各有两个V₁和V₂作用小周期以及一个V₇作用小周期，因此，依据公式(3)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，计算方法表示为公式(4)，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到：

公式(4)所示的电流采样方案同时用图2进行表示。

b.扇区II

在输出电压矢量扇区II，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₂、V₃、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{AM_V7}、i_{BM_V2}、i_{BM_V3}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(5)所示：

同理，依据公式(5)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

c.扇区III

在输出电压矢量扇区III，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₃、V₄、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V3}、i_{AM_V4}、i_{AM_V7}、i_{BM_V3}、i_{BM_V4}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(6)所示：

同理，依据公式(6)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}和i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

d.扇区IV

在输出电压矢量扇区IV，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₄、V₅、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V4}、i_{AM_V5}、i_{AM_V7}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(7)所示：

同理，依据公式(7)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到。

e.扇区V

在输出电压矢量扇区V，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₅、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V5}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(8)所示：

同理，依据公式(8)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

f.扇区VI

在输出电压矢量扇区VI，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₁、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(9)所示：

同理，依据公式(9)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}和i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

利用得到的6个电流值，依据每个输出电压矢量扇区中A相、B相传感器偏置误差的计算方法，首先对其偏置误差进行估计，扇区I～VI对应的计算公式分别为公式(3)、公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)；

首先将传感器偏置误差予以消除，在此基础上，得到每个输出电压矢量扇区中，不含偏置误差的两个有效电压矢量作用下的4个电流值，即i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}；

步骤3：增益误差估计：

利用每一相所对应的2个电流值(A相：i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}；B相：i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy})进行做差，得到每相1个新定义的电流差值变量，扇区I～VI对应的变量分别如公式(10)、公式(12)、公式(14)、公式(16)、公式(18)、公式(20)所示；

所得到的电流差值变量进行比例运算，最终可以得到A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，扇区I～VI对应的比例关系分别如公式(11)、公式(13)、公式(15)、公式(17)、公式(19)、公式(21)所示。

增益误差的估计需要首先将已经估计出的偏置误差从检测到的电流信号中予以抵消，然后针对六个扇区进行的增益误差估计步骤如下；

a.扇区I

在扇区I，从检测得到的电流信号中看出公式(10)所示的关系，其中，A_S1和B_S1为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(11)：

b.扇区II

在扇区II，从检测得到的电流信号中看出公式(12)所示的关系，其中，A_S2和B_S2为定义变量：

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(13)：

c.扇区III

在扇区III，从检测得到的电流信号中看出公式(14)所示的关系，其中，A_S3和B_S3为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(15)：

d.扇区IV

在扇区IV，从检测得到的电流信号中看出公式(16)所示的关系，其中，A_S4和B_S4为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(17)：

e.扇区V

在扇区V，从检测得到的电流信号中看出公式(18)所示的关系，其中，A_S5和B_S5为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(19)：

f.扇区VI

在扇区VI，从检测得到的电流信号中看出公式(20)所示的关系，其中，A_S6和B_S6为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(21)：

利用上述公式(10)至公式(21)得到A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系，本发明利用公式(10)至公式(21)得到的关系，将两相的增益误差平均化补偿至采样电流中，具体为公式(22)所示，其中x为补偿参数，i_A'和i_B'为补偿后的电流值；

补偿参数x满足公式(23)的要求：

因此，最终补偿公式为(24)：

利用得到的A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，依据公式(24)得到A相、B相电流传感器的增益误差补偿系数，从而对增益误差予以消除。

Claims (2)

1.一种电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统，其特征在于：

所述电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统，在三相电机驱动控制系统中，逆变器由直流母线电压供电，将电机三相绕组分别与逆变器输出三相接口相连，将电机A、B两相绕组输入线缆分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，另外将输入逆变器正端的线缆也分别正向穿过A、B两相电流传感器信号采集口，利用A、B两相电流传感器最终采集信号与逆变器开关状态之间的拓扑关系，确定电流采样误差在系统中的表现形式，得出含有误差的电流采样值与逆变器开关状态的关联表，先后利用关联表分析电流传感器偏置误差以及增益误差在不同输出电压扇区的估算方法，最后，利用逆变器最常用的开关状态表，结合在不同电压输出扇区中电流传感器的误差估算方法，分析不同电压输出扇区的电流采样方法，最终通过电流传感器自己进行电流采样，直接快速、精准的估算出电流传感器的偏置误差和增益误差。

2.一种利用权利要求1所述电流传感器误差快速在线自校正电机驱动系统的控制方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：i_AM、i_BM分别是A相电流传感器、B相电流传感器测量得到的电流值，i_AM、i_BM与系统各电流分量及电流传感器误差的关系用公式(1)表示，其中，f_A、f_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的偏置误差，k_A、k_B分别是A相电流传感器、B相电流传感器的增益误差：

由逆变器不同开关状态下系统的拓扑结构得到逆变器输入正端电流i_P与基本电压矢量和逆变器开关状态的关系为表1所示，其中S000～S111的下标数字“0”和“1”由左至右分别表示逆变器A、B、C三相桥臂的开关状态，“0”表示对应相桥臂下管导通上管不导通，“1”表示对应相桥臂上管导通下管不导通：

表1

开关状态 S₀₀₀ S₁₀₀ S₁₁₀ S₀₁₀ S₀₁₁ S₀₀₁ S₁₀₁ S₁₁₁ 基本电压矢量 V₀ V₁ V₂ V₃ V₄ V₅ V₆ V₇ i_P 0 i_A -i_C i_B -i_A i_C -i_B 0

根据公式(1)、表1以及三相电流和为零(iA+iB+iC＝0)得到iAM、iBM与电流传感器误差之间的关联性为表2所示：

表2

开关状态 S₀₀₀ S₁₀₀ S₁₁₀ S₀₁₀ 基本电压矢量 V₀ V₁ V₂ V₃ i_AM k_A·i_A+f_A 2k_A·i_A+f_A k_A·(i_A-i_C)+f_A -k_A·i_C+f_A i_BM k_B·i_B+f_B -k_B·i_C+f_B k_B·(i_B-i_C)+f_B 2k_B·i_B+f_B 开关状态 S₀₁₁ S₀₀₁ S₁₀₁ S₁₁₁ 基本电压矢量 V₄ V₅ V₆ V₇ i_AM f_A -k_A·i_B+f_A k_A·(i_A-i_B)+f_A k_A·i_A+f_A i_BM k_B·(-i_A+i_B)+f_B -k_B·i_A+f_B f_B k_B·i_B+f_B

步骤2：偏置误差估计：

根据输出电压矢量扇区的不同，得到6个电流值，分别为电压矢量V₇作用下的A相、B相电流值i_{AM_V7}、i_{BM_V7}，以及两个有效电压矢量作用下的A相、B相电流值i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}，其中Vx和Vy分别表示对应输出电压矢量扇区中存在的两个有效基本电压矢量；i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}的值分别是依据各个开关周期对称的两点采样得到的平均值，依据输出电压矢量扇区的不同，计算方法均采用公式(4)所示的方法；

由于输出电压矢量依据其矢量方向的不同，分为六个矢量扇区，即扇区I、扇区II、扇区III、扇区IV、扇区V和扇区VI，不同扇区之间的输出电压矢量合成方法完全不同，针对六个不同扇区的输出电压矢量合成方法分别采用相应的电流传感器误差校正方法、电流采样点设置方法；下面针对六个扇区进行分别说明；

a.扇区I

在输出电压矢量扇区I，七段式空间电压矢量脉宽调制技术其每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量V₀、V₁、V₂、V₇，因为在V₀和V₇作用下i_AM的两个读数值完全相同，i_BM的两个读数值也完全相同，因此，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}、i_{BM_V7}，大小用公式(2)表示：

由公式(2)进行推导，得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(3)所示：

在扇区I，由于在七段式空间电压矢量脉宽调制技术中，每个脉宽调制周期都各有两个V₁和V₂作用小周期以及一个V₇作用小周期，因此，依据公式(3)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}、i_{AM_V2}、i_{BM_V1}、i_{BM_V2}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，计算方法表示为公式(4)，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到：

b.扇区II

在输出电压矢量扇区II，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₂、V₃、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{AM_V7}、i_{BM_V2}、i_{BM_V3}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(5)所示：

同理，依据公式(5)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V2}、i_{AM_V3}、i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}和i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

c.扇区III

在输出电压矢量扇区III，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₃、V₄、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V3}、i_{AM_V4}、i_{AM_V7}、i_{BM_V3}、i_{BM_V4}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(6)所示：

同理，依据公式(6)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}和i_{BM_V3}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

d.扇区IV

在输出电压矢量扇区IV，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₄、V₅、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V4}、i_{AM_V5}、i_{AM_V7}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(7)所示：

同理，依据公式(7)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V4}、i_{BM_V4}、i_{BM_V5}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{BM_V7}直接通过一次采样得到；

e.扇区V

在输出电压矢量扇区V，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₅、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V5}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(8)所示：

同理，依据公式(8)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V5}、i_{AM_V6}、i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

f.扇区VI

在输出电压矢量扇区VI，每个电压输出周期都包含4个基本电压矢量，V₀、V₁、V₆、V₇，同理，得到六个有用的电流值，i_{AM_V1}、i_{AM_V6}、i_{AM_V7}、i_{BM_V1}、i_{BM_V6}、i_{BM_V7}，利用表2的关联性进行推导即可得到偏置误差f_A和f_B的值为公式(9)所示：

同理，依据公式(9)估算电流传感器偏置误差时，i_{AM_V1}和i_{BM_V6}需要分别依据两次电流采样值的平均值计算得到，而i_{AM_V7}直接通过一次采样得到；

利用得到的6个电流值，依据每个输出电压矢量扇区中A相、B相传感器偏置误差的计算方法，首先对其偏置误差进行估计，扇区I～VI对应的计算公式分别为公式(3)、公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)；

首先将传感器偏置误差予以消除，在此基础上，得到每个输出电压矢量扇区中，不含偏置误差的两个有效电压矢量作用下的4个电流值，即i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}、i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}；

步骤3：增益误差估计：

利用每一相所对应的2个电流值，即A相的i_{AM_Vx}、i_{AM_Vy}和B相的i_{BM_Vx}、i_{BM_Vy}进行做差，得到每相1个新定义的电流差值变量，扇区I～VI对应的变量分别如公式(10)、公式(12)、公式(14)、公式(16)、公式(18)、公式(20)所示；

所得到的电流差值变量进行比例运算，最终得到A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，扇区I～VI对应的比例关系分别如公式(11)、公式(13)、公式(15)、公式(17)、公式(19)、公式(21)所示；

增益误差的估计需要首先将已经估计出的偏置误差从检测到的电流信号中予以抵消，然后针对六个扇区进行的增益误差估计步骤如下；

a.扇区I

在扇区I，从检测得到的电流信号中看出公式(10)所示的关系，其中，A_S1和B_S1为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(11)：

b.扇区II

在扇区II，从检测得到的电流信号中看出公式(12)所示的关系，其中，A_S2和B_S2为定义变量：

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(13)：

c.扇区III

在扇区III，从检测得到的电流信号中看出公式(14)所示的关系，其中，A_S3和B_S3为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(15)：

d.扇区IV

在扇区IV，从检测得到的电流信号中看出公式(16)所示的关系，其中，A_S4和B_S4为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(17)：

e.扇区V

在扇区V，从检测得到的电流信号中看出公式(18)所示的关系，其中，A_S5和B_S5为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(19)：

f.扇区VI

在扇区VI，从检测得到的电流信号中看出公式(20)所示的关系，其中，A_S6和B_S6为定义变量；

因此，A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系为公式(21)：

利用公式(10)至公式(21)得到A相电流传感器增益误差k_A与B相电流传感器增益误差k_B之间的关系，本利用公式(10)至公式(21)得到的关系，将两相的增益误差平均化补偿至采样电流中，具体为公式(22)所示，其中x为补偿参数，i_A'和i_B'为补偿后的电流值；

补偿参数x满足公式(23)的要求：

因此，最终补偿公式为(24)：

利用得到的A相、B相电流传感器的增益误差比例关系，依据公式(24)得到A相、B相电流传感器的增益误差补偿系数，从而对增益误差予以消除。

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