CN115776262A - 轮缘电机死区动态补偿方法、补偿系统及轮缘电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮缘电机死区动态补偿方法、补偿系统及轮缘电机系统。所述死区动态补偿方法包括：实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值；对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值；根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间；根据所述母线电压内部计算值和死区补偿区间确定死区补偿量；根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。本发明通过建立轮缘电机驱动器的死区补偿量与直流母线电压之间的关系，实现死区的动态补偿，有效降低了死区效应引起的谐波电流，从而进一步降低谐波电流引起的轮缘电机噪声，有效提升了轮缘电机系统的性能。

Description

轮缘电机死区动态补偿方法、补偿系统及轮缘电机系统

技术领域

本发明涉及一种死区补偿方法和系统，特别涉及一种轮缘电机死区动态补偿方法、补偿系统及轮缘电机系统，属于电机控制技术领域。

背景技术

轮缘电机通过轮缘电机驱动器驱动运行，轮缘驱动器采用脉宽调制方式对轮缘电机输出三相正弦电流，但是由于采用了脉宽调制方式进行输出，所以存在死区时间，而死区时间的存在会导致逆变器输出电压的畸变和谐波的产生，特别是在低频运行的状况下，电压和电流会严重畸变，输出力矩会出现较大的振荡，不利于逆变器电机的控制，最终导致轮缘电机的噪声超标，因此需要进行死区补偿。而现有技术中常用的死区补偿会固定补偿时间，或是固定的电压值不能随母线电压的变化而动态调整，造成了死区补偿效果有限，谐波含量在整个运行范围内无法做到最小。

发明内容

本发明的主要目的在于通过建立轮缘电机驱动器的死区补偿量与直流母线电压之间的关系，实现死区的动态补偿，以降低死区效应引起的谐波电流，从而进一步降低谐波电流引起的轮缘电机噪声。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明提供了一种轮缘电机死区动态补偿方法，该死区动态补偿方法包括：

实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值；

对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值；

根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间；所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量；

根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

本发明还提供了一种轮缘电机死区动态补偿系统，该死区动态补偿系统包括：母线电压采集模块、母线电压滤波处理模块、死区补偿区间判断模块、死区补偿量计算模块、动态补偿模块。

母线电压采集模块，用于实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值，并将所述驱动器内部的处理值发送至母线电压滤波处理模块；

母线电压滤波处理模块，用于对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值，并将所述母线电压内部计算值发送至死区补偿区间判断模块和死区补偿量计算模块；

死区补偿区间判断模块，用于根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间，并将所述死区补偿区间发送至死区补偿量计算模块；所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

死区补偿量计算模块，用于根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量，并将所述死区补偿量发送至动态补偿模块；

动态补偿模块，用于根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

与现有技术相比，本发明的优点包括：通过建立轮缘电机驱动器的死区补偿量与直流母线电压之间的关系，实现死区补偿量随着母线电压的变化动态调节，从而可以降低死区效应引起的谐波电流，并进一步降低谐波电流引起的轮缘电机噪声，使轮缘电机满足噪声指标。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例中提出的一种死区补偿计算框图；

图2是本发明一典型实施案例中提出的一种补偿电压矢量的幅值和方向图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

针对现有技术存在的缺点，本发明提供了一种轮缘电机的死区动态补偿的方法，将补偿量与直流母线建立联系，实现死区补偿量的实时调整，从而在整个运行范围将谐波含量内降到最低，并进一步降低电流谐波引起的电机噪声。

本发明实施例提供了一种轮缘电机死区动态补偿方法，该死区动态补偿方法包括：

实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值；

对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值；

根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间；所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量；

根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

进一步的，所述将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值具体包括：

通过公式Uinner=Udc*K将母线电压折算到驱动器内部的处理值，其中，Uinner为折算后的驱动器内部的处理值，Udc为实际的母线电压值，K为内部计算折算系数，K＞0。

进一步的，所述三相电流的各相电流分别为ia、ib、ic，将电流流入电机的方向定为电流正方向，电流流出电机的方向定为负方向；所述预设的死区补偿区间映射表具体包括：

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₄；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₆；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₂；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₃；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₁；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₅。

进一步的，对所述驱动器内部的处理值进行一阶滤波处理，得到母线电压内部计算值Udcfir*K，其中Udcfir为滤波后的直流母线电压，K为内部计算折算系数，K＞0；根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量具体包括：

死区补偿区间U₁-U₆的补偿幅值为4Udcfir*K*Td/3T；

对于死区补偿区间U₁，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₂，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₃，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₄，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₅，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₆，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

其中，

为死区时间，T为载波周期。

进一步的，所述滤波处理包括以下方式中的一种或多种：限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中位值平均滤波法、递推中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、FIR滤波、IIR滤波。

本发明实施例还提供了一种轮缘电机死区动态补偿系统，该死区动态补偿系统包括：母线电压采集模块、母线电压滤波处理模块、死区补偿区间判断模块、死区补偿量计算模块、动态补偿模块。

母线电压采集模块，用于实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值，并将所述驱动器内部的处理值发送至母线电压滤波处理模块；

母线电压滤波处理模块，用于对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值，并将所述母线电压内部计算值发送至死区补偿区间判断模块和死区补偿量计算模块；

死区补偿区间判断模块，用于根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间，并将所述死区补偿区间发送至死区补偿量计算模块；所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

死区补偿量计算模块，用于根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量，并将所述死区补偿量发送至动态补偿模块；

动态补偿模块，用于根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等做进一步的解释说明。

本发明的死区补偿计算框图如图1所示，其包括母线电压采集模块、母线电压滤波处理模块、死区补偿区间判断模块、死区补偿量计算模块、动态补偿模块（图中未示出）等五个部分。

具体的，所述母线电压采集模块实时采集母线电压，并将母线电压折算到驱动器内部（或内部核心处理）的处理值Udc*K，其中Udc为实际的母线电压值，K（K＞0）为内部计算折算系数，Udc*K的值为内部计算所用到数值，并将此值传送给母线电压滤波处理模块。

母线电压滤波处理模块接收到母线电压采集模块传送的值Udc*K后，对母线电压采集模块传送的值进行一阶滤波处理，并最终获得Udcfir*K，其中Udcfir*K为经过一阶滤波处理后的母线电压内部计算值，并将此值传送给死区补偿区间判断模块。

死区补偿区间判断模块根据当前轮缘电机三相电流的极性，判断所需要的补偿量在哪个区间，如表1所示，设定电流流入电机的方向为电流正方向，流出电机的方向为电流负方向，当ia为+，ib为-，ic为-时，补偿区间为U₄，当ia为+，ib为+，ic为-时，补偿区间为U₆，如下同理，并将此区间号和经过滤波处理的母线电压值传递给U₄死区补偿量计算器。

表1 死区补偿区间

请参阅图2，死区补偿量计算模块接收到死区补偿区间判断模块传递过来的死区补偿区间号和经过滤波处理的母线电压值，并根据区间号通过如下表2查询需要计算的死区补偿值。

表2死区补偿区间查询表

六个区间的补偿的幅值为4Ud*Td/(3T)，其中Ud=Udcfir*K，所以补偿幅值为4Udcfir*K *T_d/(3T)，其中T_d为死区时间，T为载波周期。如果当前补偿量为U₆comp（当前补偿量为U₁comp-U₅comp时同理），那么其对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

。

进而，动态补偿模块根据死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

进一步的，本实施例还提供了一种轮缘电机系统，其包括轮缘电机及轮缘电机的控制单元，所述轮缘电机的基本结构及功能都是本领域较为常见的，但其控制单元除了包括常规组件之外，还包括前述的轮缘电机死区动态补偿系统。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种轮缘电机死区动态补偿方法，其特征在于，包括：

实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值；

对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值；

根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间，所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量；

根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

2.根据权利要求1所述的轮缘电机死区动态补偿方法，其特征在于，所述将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值具体包括：

通过公式Uinner=Udc*K将母线电压折算到驱动器内部的处理值，其中，Uinner为折算后的驱动器内部的处理值，Udc为实际的母线电压值，K为内部计算折算系数，K＞0。

3.根据权利要求1所述的轮缘电机死区动态补偿方法，其特征在于，所述三相电流的各相电流分别为ia、ib、ic，将电流流入电机的方向定为电流正方向，电流流出电机的方向定为负方向；所述预设的死区补偿区间映射表具体包括：

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₄；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₆；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₂；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₃；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₁；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₅。

4.根据权利要求3所述的轮缘电机死区动态补偿方法，其特征在于，对所述驱动器内部的处理值进行一阶滤波处理，得到母线电压内部计算值Udcfir*K，其中Udcfir为滤波后的直流母线电压，K为内部计算折算系数，K＞0；死区补偿区间U₁-U₆的补偿幅值为4Udcfir*K*T_d/3T；根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量的方法具体包括：

对于死区补偿区间U₁，对应的 α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₂，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₃，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₄，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₅，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₆，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

其中，

为死区时间，T为载波周期。

5.根据权利要求1所述的轮缘电机死区动态补偿方法，其特征在于，所述滤波处理包括以下方式中的一种或多种：限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中位值平均滤波法、递推中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、FIR滤波、IIR滤波。

6.一种轮缘电机死区动态补偿系统，其特征在于，包括：

母线电压采集模块，用于实时采集母线电压，将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值，并将所述驱动器内部的处理值发送至母线电压滤波处理模块；

母线电压滤波处理模块，用于对所述驱动器内部的处理值进行滤波处理，得到母线电压内部计算值，并将所述母线电压内部计算值发送至死区补偿区间判断模块和死区补偿量计算模块；

死区补偿区间判断模块，用于根据当前轮缘电机三相电流的各相电流的流向以及预设的死区补偿区间映射表，确定死区补偿区间，并将所述死区补偿区间发送至死区补偿量计算模块；所述死区补偿区间映射表包括三相电流各相的电流流向组合与死区补偿区间之间的映射关系；

死区补偿量计算模块，用于根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量，并将所述死区补偿量发送至动态补偿模块；

动态补偿模块，用于根据所述死区补偿量对轮缘电机死区进行动态补偿。

7.根据权利要求6所述的轮缘电机死区动态补偿系统，其特征在于，所述将母线电压转换成轮缘电机驱动器内部的处理值具体包括：

通过公式Uinner=Udc*K将母线电压折算到驱动器内部的处理值，其中，Uinner为折算后的驱动器内部的处理值，Udc为实际的母线电压值，K为内部计算折算系数，K＞0。

8.根据权利要求6所述的轮缘电机死区动态补偿系统，其特征在于，所述三相电流的各相电流分别为ia、ib、ic，将电流流入电机的方向定为电流正方向，电流流出电机的方向定为负方向；所述预设的死区补偿区间映射表具体包括：

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₄；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₆；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为负方向，对应的死区补偿区间为U₂；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为正方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₃；

若ia的电流流向为负方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₁；

若ia的电流流向为正方向，ib的电流流向为负方向，ic的电流流向为正方向，对应的死区补偿区间为U₅。

9.根据权利要求8所述的轮缘电机死区动态补偿系统，其特征在于，所述母线电压滤波处理模块用于对所述驱动器内部的处理值进行一阶滤波处理，得到母线电压内部计算值Udcfir*K，其中Udcfir为滤波后的直流母线电压，K为内部计算折算系数，K＞0；死区补偿区间U₁-U₆的补偿幅值为4Udcfir*K*T_d/3T；根据所述母线电压内部计算值和所述死区补偿区间确定死区补偿量具体包括：

对于死区补偿区间U₁，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₂，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₃，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₄，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₅，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

对于死区补偿区间U₆，对应的α、β坐标系的补偿值为：

，

；

其中，

为死区时间，T为载波周期。

10.根据权利要求6所述的轮缘电机死区动态补偿系统，其特征在于，所述滤波处理包括以下方式中的一种或多种：限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中位值平均滤波法、递推中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、FIR滤波、IIR滤波。

11.一种轮缘电机系统，包括轮缘电机及轮缘电机的控制单元，其特征在于，所述控制单元包括权利要求6-10中任一项所述的轮缘电机死区动态补偿系统。

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