CN114337205B - 一种机器人伺服驱动器imc的共模峰值抑制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，包括以下步骤：将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区；每个整流级扇区内，参考电流矢量由两个相邻的有效电流矢量合成得到；将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区；分别计算当前的参考电流矢量落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个有效电压矢量的作用下的共模电压大小；选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V _α、V _β、V _γ，合成参考输出电压矢量；根据当前的参考输出电压矢量所在逆变级扇区的三相电流方向，调整有效电压矢量V _α、V _β、V _γ切换顺序。本申请提供的方法可以将共模电压抑制到29%，且消除了死区效应产生的共模电压尖峰。

Description

一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法

技术领域

本公开一般涉及间接矩阵变换器技术领域，具体涉及一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法。

背景技术

伺服驱动系统作为机器人的关键部分之一，其可靠性直接影响到机器人能否正常完成工作任务。间接矩阵变换器(Indirect matrix converter，IMC)作为一种新型的交流-交流变换器，具有正弦输入输出电流、功率因数可控、无中间储能环节、能量可双向流动等诸多优点，成为新一代极具应用前景的机器人伺服驱动器。

间接矩阵变换器在运行过程中会在输出端负载的中性点处产生高频、高幅值变化的共模电压(The common-mode voltage，CMV)，当驱动伺服电机时，高频高幅值的共模电压会激发电机系统的耦合电容，产生轴电流，引起轴承的损坏，造成电机绕组失效，大大缩减伺服电机的使用寿命。由于高开关频率，共模电压还会在电机自身杂散电容中产生流过绕组的漏电流，漏电流会引起电机保护电路误动作，严重破坏电机的绝缘，还会产生强烈的电磁干扰，影响其他电子设备的正常运行。

间接矩阵变换器作为机器人伺服驱动器，其输出侧产生的共模电压对电机系统造成了极大的危害，从而严重影响到了整个机器人伺服系统的可靠性。通过抑制IMC的输出共模电压可以减小电机的轴电流、减小转矩脉动，提高电机系统运行的可靠性、延长电机的使用寿命，进而提高整个机器人伺服系统的可靠性，保证机器人工作的正常进行。

目前对于间接矩阵变换器共模电压的抑制方法主要分为硬件和软件两大类，硬件方法主要是使用输出滤波器或者改善拓扑结构，这样确实可以有效的抑制共模电压，但在不同程度上增加了系统的重量、体积、损耗及成本。相比之下，通过优化调制策略的软件方法更具有吸引力，该方法不改变间接矩阵变换器原有的结构特点且更易于实现。现有的关于间接矩阵变换器共模电压的抑制主要是通过避免使用零向量或通过合理放置零向量的位置，抑制零向量时的共模电压实现的，均只能抑制共模电压峰值的42％。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可解决上述技术问题的一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法。

本申请提供的一种机器人伺服驱动器-IMC的共模峰值抑制方法，包括以下步骤：

将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区；每个所述整流级扇区包括最大输入相电压峰值、最小输入相电压峰值、最大输入线电压峰值和最小输入线电压峰值；每个所述整流级扇区内，参考电流矢量I_ref由两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n合成得到；

将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区，且每个所述逆变级扇区的三相电流方向不发生变化；

分别计算当前的参考电流矢量I_ref落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个所述有效电压矢量的作用下的共模电压大小；

选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V_α、V_β、V_γ，合成参考输出电压矢量V_ref；

根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序，以使死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压最小；

根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序的方法具体为：

获取当前参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向；

获取每个切换子顺序中两个有效电压矢量的所对应的开关状态，基于所述三相电流方向，计算等效电压矢量的开关状态，基于等效后开关管的开关状态，得到与其对应的等效电压矢量；所述切换子顺序为所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ中，相邻两个有效电压矢量在死区时间内的切换顺序；

获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的有效电流矢量，并计算其与每个所述等效电压矢量的等效共模电压；

获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的最小输入线电压峰值；

选择所有等效共模电压峰值中等于该最小输入线电压峰值1/3所对应的切换子顺序，得到所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

根据本申请实施例提供的技术方案，两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n由公式(一)、公式(二)合成得到所述参考电流矢量I_ref：

I_ref＝(d_{α_m}+d_{β_m}+d_{γ_m})I_m+(d_{α_n}+d_{β_n}+d_{γ_n})I_n (一)；

其中，d_α为有效电压矢量V_α的占空比；d_β为有效电压矢量V_β的占空比；d_γ为有效电压矢量V_γ的占空比；d_m为有效电流矢量I_m的占空比；d_n为有效电流矢量I_n的占空比。

根据本申请实施例提供的技术方案，，根据公式(三)、公式(四)计算所述d_α、d_β、d_γ、d_m、d_n的值：

其中，θ₁为I_ref与I_m的夹角；θ₂为V_ref与V_α的夹角；u_DC为一个载波周期的直流母线电压的平均值；u_{DC_m}与u_{DC_n}分别为d_m与d_n作用时的直流母线电压。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据公式(五)合成所述参考输出电压矢量V_ref：

V_ref＝(d_{α_m}+d_{α_n})V_α+(d_{β_m}+d_{β_n})V_β+(d_{γ_m}+d_{γ_n})V_γ (五)。

根据本申请实施例提供的技术方案，6个所述有效电压矢量包括3个奇数有效电压矢量和3个偶数有效电压矢量；

相邻两个所述有效电压矢量的夹角为60度，所述奇数有效电压矢量与所述偶数有效电压矢量间隔设置；

相邻两个所述有效电流矢量I_m、I_n的夹角为60度。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括以下步骤：

根据当前的输入电压所在整流级扇区有效电流矢量I_m、I_n，控制所述IMC整流级的开关状态；

控制所述IMC逆变级的开关状态，以调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

本申请的有益效果在于：通过将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区，将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区，分别计算当前的参考电流矢量I_ref落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个所述有效电压矢量的作用下的共模电压大小，并选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V_α、V_β、V_γ，合成参考输出电压矢量V_ref，使得可以将共模电压峰值抑制到0.29V_in；

由于IMC逆变级每个扇区的三相电流方向都不同，当逆变级有效电压矢量切换需要两个开关管同时动作时，由于死区时间内续流二极管的作用，会不可避免地引入其它矢量，从而导致其共模电压峰值变高，这就是死区效应。由死区效应引起的共模电压尖峰会严重影响共模电压的峰值抑制效果。而通过根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序且死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压峰值最小，使得可消除死区效应引起的共模电压尖峰，实现将间接矩阵变换器的共模电压峰值抑制71％。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请提供的一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法的流程图；

图2为间接矩阵变换器的拓扑结构示意图；

图3为图1所示的间接矩阵变换器的整流级有效电流矢量和逆变级有效电压矢量的空间排布示意图；

图4为本申请将输入电压划分为6个扇区的三相输入相电压示意图；

图5为本申请将输入电压划分为6个扇区的三相输入线电压示意图；

图6为本申请将输出电压划分为6个扇区及各扇区三相电流方向的示意图；

图7为本申请由V₁到V₃切换过程中的死区时间内的开关状态等效原理图；

图8为整流级第一扇区的参考电流矢量I_ref和逆变级第一扇区的参考电压矢量V_ref示意图；

图9为整流级第二扇区的参考电流矢量I_ref和逆变级第一扇区参考电压矢量V_ref示意图；

图10是利用传统SVM方法下且电压传输比为m＝0.2时的实验波形图；

图11是利用本申请方法下且电压传输比为m＝0.2时的实验波形图；

图12是利用传统SVM方法下且电压传输比为m＝0.4时的实验波形图；

图13是利用本申请方法下且电压传输比为m＝0.4时的实验波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1为本申请提供的一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，包括以下步骤：

S100：将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区；每个所述整流级扇区包括最大输入相电压峰值、最小输入相电压峰值、最大输入线电压峰值和最小输入线电压峰值；每个所述整流级扇区内，参考电流矢量I_ref由两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n合成得到；

具体的，如图4、图5所示，整流级输入电压由6个参考电流矢量平均划分为整流级第一扇区-整流级第六扇区共6个整流级扇区；每个整流级扇区内具有最大输入相电压峰值V_in，最小输入相电压峰值V_in/2，最大输入线电压峰值

，最小输入线电压峰值

。

在本实施例中，以如图4、图5所示的整流级输入电压为例，可将整流级输入电压的-π/6到π/6作为整流级第一扇区、π/6到π/2作为整流级第二扇区、π/2到5π/6作为整流级第三扇区、5π/6到7π/6作为整流级第四扇区、7π/6到3π/2作为整流级第五扇区、3π/2到11π/6作为整流级第六扇区。

在本实施例中，每个所述整流级扇区内，参考电流矢量I_ref由两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n合成得到，因此每个整流级扇区所对应的两个有效电流矢量如图3及表-1所示：

序号	整流级扇区	有效电流矢量I<sub>m</sub>、I<sub>n</sub>
			1	第一扇区	I<sub>ac</sub>、I<sub>ab</sub>
2	第二扇区	I<sub>ac</sub>、I<sub>bc</sub>
			3	第三扇区	I<sub>bc</sub>、I<sub>ba</sub>
4	第四扇区	I<sub>ba</sub>、I<sub>ca</sub>
			5	第五扇区	I<sub>ca</sub>、I<sub>cb</sub>
6	第六扇区	I<sub>cb</sub>、I<sub>ab</sub>

表-1

本领域人员可以知道的是，为防止间接矩阵变换器(IMC)输入短路；因此IMC整流级开关管状态需满足以下公式：

即：如图2所示，间接矩阵变换器(IMC)整流级具有a、b、c三相，每相均具有上桥臂p和下桥臂n；每个桥臂有一个双向开关，共6个双向开关，12个开关管；其中，S_ax、S_bx、S_cx为整流级开关管的开关状态，当x为p时表示整流级上桥臂的开关状态，当x为n时表示整流级下桥臂的开关状态，为了便于分析，定义开关管导通为1，断开为0，上述公式表示整流级的上桥臂和下桥臂都只能有一个开关管导通；因此间接矩阵变换器(IMC)整流级具有9种开关状态，即S_ab、S_ac、S_bc、S_ba、S_ca、S_cb、S_aa、S_bb、S_cc；9种开关状态分别对应9个电流矢量，分别对应6个有效电流矢量I_ab、I_ac、I_bc、I_ba、I_ca、I_cb和3个零电流矢量I_aa、I_bb、I_cc。由于整流级不允许短路，因此间接矩阵变换器(IMC)整流级的上下桥臂各有一个开关管导通；以S_ab为例，S_ab表示a相上桥臂导通且b、c相上桥臂不导通，b相下桥臂导通且a、c相下桥臂不导通。

S200：将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区，且每个所述逆变级扇区的三相电流方向不发生变化；

具体的，逆变级输出电压通过6个有效电压矢量V₁-V₆平均划分为逆变级第一扇区-逆变级第六扇区共6个逆变级扇区；同时，为了便于描述，将6个按序排列的有效电压矢量V₁-V₆中，将有效电压矢量V₁、V₃、V₅称为奇数有效电压矢量，将有效电压矢量V₂、V₄、V₆称为偶数有效电压矢量。

具体的，将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区的划分原则为：保证每个所述逆变级扇区的三相电流方向不发生变化。

本实施例中，以如图6所示的逆变级输出电压为例，将逆变级输出电压-π/6到π/6作为逆变级第一扇区、π/6到π/2作为逆变级第二扇区、π/2到5π/6作为逆变级第三扇区、5π/6到7π/6作为逆变级第四扇区、7π/6到3π/2作为逆变级第五扇区、3π/2到11π/6作为逆变级第六扇区。

本领域人员可以知道的是，为防止间接矩阵变换器(IMC)输出开路；因此IMC逆变级开关管状态需满足以下公式：

如图2所示，间接矩阵变换器(IMC)逆变级具有A、B、C三相，每相均具有上桥臂P和下桥臂N；每个桥臂有一个开关管，共6个；其中，S_Py、S_Ny表示逆变级的开关管的开关状态，当y为A时，表示S_PA为A管的上桥臂开关状态，S_NA为A管的下桥臂开关状态；当y为B时，表示S_PB为B管的上桥臂开关状态，S_NB为B管的下桥臂开关状态；当y为C时，表示S_PC为C管的上桥臂开关状态，S_NC为C管的下桥臂开关状态；为了便于分析，定义开关管的导通为1，关断为0，上述公式表示逆变级每相至少有一个且仅有一个开关管导通；因此间接矩阵变换器(IMC)逆变级具有8种开关状态，即S₁₀₀、S₁₁₀、S₀₁₀、S₀₁₁、S₀₀₁、S₁₀₁、S₀₀₀、S₁₁₁；由于逆变级不允许开路，因此间接矩阵变换器(IMC)逆变级的A、B、C每相都一个开关管导通；以S₁₀₀为例，S₁₀₀表示逆变级A相上桥臂导通且A相下桥臂不导通，B相和C相下桥臂导通且B相和C相上桥臂不导通。8种开关状态分别对应6个有效电压矢量V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆和两个零电压矢量V₀和V₇。

S300：分别计算当前的参考电流矢量I_ref落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个所述有效电压矢量的作用下的共模电压大小；

其中，有效电流矢量与有效电压矢量共模电压计算方法为：

判断有效电流矢量与有效电压矢量所对应的整流级和逆变级的开关状态；

根据对应开关状态以及公式(六)计算共模电压u_cm；

其中，u_a为a相输入相电压，u_b为b相输入相电压，u_c为c相输入相电压；S_ap、S_bp、S_cp表示整流级上桥臂a、b、c三相开关管的开关状态；S_an、S_bn、S_cn表示整流级下桥臂a、b、c三相开关管的开关状态；S_PA、S_PB、S_PC表示逆变级上桥臂A、B、C三相开关管的开关状态；S_NA、S_NB、S_NC表示逆变级下桥臂A、B、C三相开关管的开关状态。

本实施例中，以当前参考电流矢量I_ref落入至整流级第一扇区为例，则需要分别计算有效电流矢量I_ac(或I_ab)与6个有效电压矢量V₁-V₆的共模电压大小。

为了便于理解，以有效电流矢量I_ac与有效电压矢量V₁为例进行说明：由上述可知，有效电流矢量I_ac对应整流级开关状态为S_ab，其表示a相上桥臂导通且b、c相上桥臂不导通，b相下桥臂导通且a、c相下桥臂不导通；有效电压矢量V₁对应逆变级开关状态为S₁₀₀，其表示逆变级A相上桥臂导通且A相下桥臂不导通，B相和C相下桥臂导通且B相和C相上桥臂不导通。因此有：

如图5所示，处于第一扇区时，

有效电流矢量I_ac与有效电压矢量V₂-V₆的计算过程与上述计算方法相同，具体计算结果如表-2所示：

表-2

S400：选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V_α、V_β、V_γ，合成参考输出电压矢量V_ref；

例如：以上述参考电流矢量I_ref落入至整流级第一扇区为例，则从表-2中可以看出，共模电压较小的三个有效矢量V_α、V_β、V_γ分别为：V₁、V₃、V₅，则将V₁、V₃、V₅合成参考输出电压矢量V_ref。

S500：根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序，以使死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压最小。

为了便于本领域技术人员计算，表-3中列举了本实施例中不同整流级扇区有效电流矢量与不同有效电压矢量共模电压值，以供参考。

表-3

从表-3中可以看出，在基于本实施例整流级、逆变级各扇区的具体划分方式下，当参考电流矢量I_ref落入整流级的奇数扇区(即整流级第一扇区、第三扇区、第五扇区)时，有效电压矢量V_α、V_β、V_γ则选择三个奇数有效电压矢量(V₁、V₃、V₅)；当参考电流矢量I_ref落入整流级的偶数扇区(即整流级第二扇区、第四扇区、第六扇区)时，有效电压矢量V_α、V_β、V_γ则选择三个偶数有效电压矢量(V₂、V₄、V₆)；但需要注意的是，整流级与逆变级扇区的具体划分方式不同，最终结果也会不同，需要根据实际划分情况并依次通过计算得到。

具体的，如图8所示为整流级第一扇区的参考电流矢量与逆变级第一扇区的参考输出电压矢量；

具体的，如图9所示为整流级第二扇区的参考电流矢量与逆变级第一扇区的参考输出电压矢量；

根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序的方法具体为：

S51：获取当前参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向；

为了便于说明本申请的技术方案，以当前参考输出电压矢量V_ref处于逆变级第一扇区为例，如图6所示，其对应的三相电流方向依次为：i_As>0；i_Bs<0；i_Cs<0。

S52：计算每个切换子顺序中的等效电压矢量，所述切换子顺序为所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ中，相邻两个有效电压矢量在死区时间内的切换顺序；

具体的，所述切换子顺序包括：V_α-V_β(或V_β-V_α)、V_β-V_γ(或V_γ-V_β)、V_γ-V_α(或V_α-V_γ)；以有效电压矢量V_α、V_β、V_γ分别为V₁、V₃、V₅为例，则切换子顺序为V₁-V₃(或V₃-V₁)、V₃-V₅(或V₅-V₃)、V₅-V₁(或V₁-V₅)；

具体的，所述切换子顺序的等效电压矢量计算方法为：

s521：获取该切换子顺序中两个有效电压矢量的所对应的开关状态；

例如对于切换子顺序V₁-V₃，V₁所对应的开关状态为S₁₀₀，即A、B、C相三个上桥臂开关管的开关状态依次为1、0、0；V₃所对应的开关状态为S₀₁₀，即A、B、C相三个上桥臂开关管的开关状态依次为0、1、0；

s522：基于所述三相电流方向，计算等效电压矢量的开关状态；

其中，计算等效电压矢量的对应的A、B、C三相开关管的开关状态的方法具体为：

a：当开关管的状态切换(由0切换为1或由1切换为0)时：

判断所述三相电流中对应该开关管的电流方向大于0时，则等效后该开关管的状态取0；

判断所述三相电流中对应该开关管的电流方向小于0时，则等效后该开关管的状态取1；

b：当开关管的状态未发生变化时：等效后该开关管的状态取原值。

为了便于说明上述原理，以三相电流为i_As>0；i_Bs<0；i_Cs<0；切换子顺序为V₁-V₃，进行说明，如图7所示：

V₁-V₃切换过程中，A相由0切换为1，由于i_As>0，因此等效后A相状态取0；

V₁-V₃切换过程中，B相由0切换为1，由于i_Bs<0，因此等效后B相状态取1；

V₁-V₃切换过程中，C管为未发生变化(由0到0)，因此等效后C相取原值，即取0；

由此得到等效后的开关状态依次为0、1、0，即S₀₁₀。

s523：基于等效后开关管的开关状态，得到与其对应的等效电压矢量。

从上述可知，S₀₁₀所对应的等效电压矢量为V₃，因此V₁-V₃切换过程中的等效电压矢量为V₃；

可以知道的是，通过上述步骤s522-s524，可得到：

V₃-V₁切换过程中的等效电压矢量为V₃；

V₃-V₅切换过程中的等效电压矢量为V₄；

V₅-V₃切换过程中的等效电压矢量为V₄；

V₅-V₁切换过程中的等效电压矢量为V₅；

V₁-V₅切换过程中的等效电压矢量为V₅；

S53：获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的有效电流矢量，并计算其与每个所述等效电压矢量的等效共模电压；

以当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区为整流级第一扇区为例，则有效电流矢量为I_ab(或I_ac)；

有效电流矢量I_ab与等效电压矢量为V₃的等效共模电压为

有效电流矢量I_ab与等效电压矢量为V₄的等效共模电压为

有效电流矢量I_ab与等效电压矢量为V₅的等效共模电压为

S54：获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的最小输入线电压峰值；

以当前参考电流矢量I_ref所在整流级扇区为整流级第一扇区为例，则其最小输入线电压峰值为

S55：选择所有等效共模电压中峰值等于该最小输入线电压峰值1/3所对应的切换子顺序，得到所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

上述等效电压矢量V₃、V₄、V₅中，等效共模电压峰值等于该最小输入线电压峰值1/3的有：V₃和V₅；

因此其对应的切换子顺序为V₁-V₃(或V₃-V₁)和V₅-V₁(或V₁-V₅)；由此得到最终三个有效电压矢量的切换顺序为：V₅-V₁-V₃-V₁-V₅。

为了便于本领域技术人员的计算和理解，如表-3所示为基于本实施对应扇区的划分实例下，不同三相电流方向、不同有效电压矢量以及不同有效电压矢量所对应不同切换顺序下的共模电压值，同时将共模电压值以保留小数的形式体现。

表-4

为了便于本领域技术人员的实施和理解，如表-3所示为基于本实施对应扇区的划分实例下，输入电流矢量落入不同整流级扇区、输出电压矢量落入不同逆变级扇区所对应的最终的有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

表-5

通过上述步骤可以看出，在基于上述切换顺序下，可使得死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压峰值最小，进而消除死区效应引起的共模电压尖峰。

工作原理：通过将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区，将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区，分别计算当前的参考电流矢量I_ref落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个所述有效电压矢量的作用下的共模电压大小，并选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V_α、V_β、V_γ，合成参考输出电压矢量V_ref，使得可以将共模电压峰值抑制到0.29V_in；

由于IMC逆变级每个扇区的三相电流方向都不同，当逆变级有效电压矢量切换需要两个开关管同时动作时，由于死区时间内续流二极管的作用，会不可避免地引入其它矢量，从而导致其共模电压峰值发生改变，这就是死区效应。由死区效应引起的共模电压尖峰会严重影响共模电压的峰值抑制效果。而通过根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序且死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压峰值最小，使得可消除死区效应引起的共模电压尖峰，实现将间接矩阵变换器的共模电压抑制71％。

在一优选实施方式中，两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n由公式(一)、公式(二)合成得到所述参考电流矢量I_ref：

I_ref＝(d_{α_m}+d_{β_m}+d_{γ_m})I_m+(d_{α_n}+d_{β_n}+d_{γ_n})I_n (一)；

其中，d_α为有效电压矢量V_α的占空比；d_β为有效电压矢量V_β的占空比；d_γ为有效电压矢量V_γ的占空比；d_m为有效电流矢量I_m的占空比；d_n为有效电流矢量I_n的占空比。

具体的，d_{α_m}、d_{β_m}、d_{γ_m}、d_{α_n}、d_{β_n}、d_{γ_n}为计算的中间量，表示两个占空比的乘积，没有具体含义。

在一优选实施方式中，根据公式(三)、公式(四)计算所述d_α、d_β、d_γ、d_m、d_n的值：

其中，θ₁为I_ref与I_m的夹角；θ₂为V_ref与V_α的夹角，u_DC为一个载波周期的直流母线电压的平均值，u_{DC_m}与u_{DC_n}分别为d_m与d_n作用时的直流母线电压。

其中，公式(四)可具体表示为：

在一优选实施方式中，根据公式(五)合成所述参考输出电压矢量V_ref：

在一优选实施方式中，6个所述有效电压矢量包括3个奇数有效电压矢量V₁、V₃、V₅和3个偶数有效电压矢量V₂、V₄、V₆；

相邻两个所述有效电压矢量的夹角为60度，所述奇数有效电压矢量与所述偶数有效电压矢量间隔设置；

相邻两个所述有效电流矢量I_m、I_n的夹角为60度。

在一优选实施方式中，还包括以下步骤：

根据当前的输入电压所在整流级扇区有效电流矢量I_m、I_n，控制所述IMC整流级的开关状态；

控制所述IMC逆变级的开关状态，以调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例中为了进一步验证在本发明的调制方法下IMC的共模抑制效果、输入输出电压质量特性、消除死区效应共模电压尖峰，本文搭建了如下的实验平台；

其中，为保证公式(三)中d_α、d_β、d_γ大于零且和不大于1，因此将电压传输比m的最大值设置为0.5；

其中，输入功率因数设为1，并分别在m＝0.2和m＝0.4时做了传统方法和本申请提出的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法的实验，实验参数如表-6所示：

表-6

图10和图11分别为电压传输比m为0.2的传统SVM方法和本发明的共模电压抑制方法的实验结果。从上至下分别为共模电压u_cm，直流母线电压峰值u_dc，A相输出电流i_A，a相输入电流i_a；

图10所示为电压传输比为0.2时，传统的SVM方法，其共模电压峰值为120V，比输入电压峰值100V要高，这是由于器件导通和关断会带来开关尖峰，开关尖峰的大小主要受开关参数和电路寄生电感的影响，在本实验中，由于不是理想开关，不可避免产生开关尖峰，开关尖峰大约为15～25V；

图11所示为电压传输比为0.2时，本申请提供的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，共模电压通过放大观察，若不考虑开关通断造成的所述开关尖峰，共模电压峰值约为30V，且没有出现死区效应引起的共模电压尖峰，若不考虑开关通断造成的所述开关尖峰，则实验结果与分析一致。

图12和图13分别为电压传输比m为0.4的传统SVM方法和本申请提供的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法的实验结果。实验证明了本发明的共模抑制方法整体地抑制了IMC的共模电压，并且其输入输出电流依然保持了正弦性。

综上所述，在电压传输比为m＝0.2和m＝0.4的情况下，通过实验对本发明的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法和传统SVM方法进行比较后可以看出，本申请的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法中共模电压较传统方法下降了71％，约降低到了原来的29％，且没有出现死区效应引起的共模电压尖峰。从而证明本申请共模抑制方法的可行性和有效性，同传统SVM调制方法相比，在减小共模电压峰值的同时，本申请的共模抑制方法的输入输出性能没有下降。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (6)

1.一种机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将整流级输入电压根据相角划分为6个整流级扇区；每个所述整流级扇区包括最大输入相电压峰值、最小输入相电压峰值、最大输入线电压峰值和最小输入线电压峰值；每个所述整流级扇区内，参考电流矢量I_ref由两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n合成得到；

将逆变级输出电压通过6个有效电压矢量划分为6个逆变级扇区，且每个所述逆变级扇区的三相电流方向不发生变化；

分别计算当前的参考电流矢量I_ref落入的整流级扇区的有效电流矢量与6个所述有效电压矢量的作用下的共模电压大小；

选择共模电压较小所对应的3个有效电压矢量V_α、V_β、V_γ，合成参考输出电压矢量V_ref；

根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序，以使死区时间内切换过程的等效电压矢量对应的共模电压最小；

根据当前的参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向，调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序的方法具体为：

获取当前参考输出电压矢量V_ref所在逆变级扇区的三相电流方向；

获取每个切换子顺序中两个有效电压矢量的对应的开关状态，基于所述三相电流方向，计算等效电压矢量的开关状态，基于等效后开关管的开关状态，得到与其对应的等效电压矢量；所述切换子顺序为所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ中，相邻两个有效电压矢量在死区时间内的切换顺序；

获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的有效电流矢量，并计算其与每个所述等效电压矢量的等效共模电压；

获取当前的参考电流矢量I_ref所在整流级扇区的最小输入线电压峰值；

选择所有等效共模电压峰值中等于该最小输入线电压峰值1/3所对应的切换子顺序，得到所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

2.根据权利要求1所述的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，两个相邻的有效电流矢量I_m、I_n由公式(一)、公式(二)合成得到所述参考电流矢量I_ref：

I_ref＝(d_{α_m}+d_{β_m}+d_{γ_m})I_m+(d_{α_n}+d_{β_n}+d_{γ_n})I_n (一)；

其中，d_α为有效电压矢量V_α的占空比；d_β为有效电压矢量V_β的占空比；d_γ为有效电压矢量V_γ的占空比；d_m为有效电流矢量I_m的占空比；d_n为有效电流矢量I_n的占空比。

3.根据权利要求2所述的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，根据公式(三)、公式(四)计算所述d_α、d_β、d_γ、d_m、d_n的值：

其中，θ₁为I_ref与I_m的夹角；θ₂为V_ref与V_α的夹角；u_DC为一个载波周期的直流母线电压的平均值；u_{DC_m}与u_{DC_n}分别为d_m与d_n作用时的直流母线电压。

4.根据权利要求3所述的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，根据公式(五)合成所述参考输出电压矢量V_ref：

V_ref＝(d_{α_m}+d_{α_n})V_α+(d_{β_m}+d_{β_n})V_β+(d_{γ_m}+d_{γ_n})V_γ (五)。

5.根据权利要求1所述的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，

6个所述有效电压矢量包括3个奇数有效电压矢量和3个偶数有效电压矢量；

相邻两个所述有效电压矢量的夹角为60度，所述奇数有效电压矢量与所述偶数有效电压矢量间隔设置；

相邻两个所述有效电流矢量I_m、I_n的夹角为60度。

6.根据权利要求1所述的机器人伺服驱动器IMC的共模峰值抑制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

根据当前的输入电压所在整流级扇区对应的有效电流矢量I_m、I_n，控制所述IMC整流级的开关状态；

控制所述IMC逆变级的开关状态，以调整所述有效电压矢量V_α、V_β、V_γ切换顺序。

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