一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法，首先针对电压矢量空间的每一个矢量扇区，建立电机三相绕组电流的极性组合、电机控制电压与基本电压矢量持续作用时间的计算关系。实际控制时，根据控制所需的电机控制电压确定所在的矢量扇区N，进而确定出逆变器的基本电压矢量；依据当前电机定子电流绕组的矢量角，确定电机三相绕组电流的极性组合G；根据矢量扇区N和极性组合G，利用建立的计算关系确定出基本电压矢量持续作用时间，进行基本电压矢量的控制。本发明专利技术通过修正逆变器基本电压矢量的作用时间来补偿死区的影响，补偿准确度更高，不存在延时滞后，从而使得转矩加载的精度有所提高。

An AC motor control method for improving torque loading accuracy

The invention discloses an AC motor control method for improving the torque loading precision. Firstly, the relationship between the polarity combination of the three-phase winding current of the motor, the control voltage of the motor and the continuous action time of the basic voltage vector is established for each vector sector of the voltage vector space. In actual control, the voltage vector of the inverter is determined according to the control voltage of the motor required by the control, and then the basic voltage vector of the inverter is determined. According to the vector angle of current stator current winding of the motor, the polarity combination G of the three-phase winding current of the motor is determined. According to the vector sector N and the polarity combination G, the established calculation is used. The system determines the duration of the basic voltage vector and controls the basic voltage vector. The invention compensates the influence of the dead zone by modifying the operating time of the basic voltage vector of the inverter. The accuracy of compensation is higher and the delay lag is not present, thus the precision of torque loading is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法
本专利技术涉及电机加载控制
，尤其涉及一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法。
技术介绍
在对发动机、变速箱等动力或动力传动部件进行性能测试时，通常会采用交流电机对其施加转矩负载以模拟其真实的工作状态。施加到被测试部件上的转矩负载的精度取决于对交流电机的控制精度。交流电机的输出扭矩控制，一般是通过逆变器的矢量控制实现的。在矢量控制的逆变器中，由于开关管的固有特性，导致器件的开通时间小于关断时间，如果按照器件的理想情况开通和关断开关管，容易发生同相桥臂上下两个互补的开关管同时导通的情况，造成直通短路的现象。为了防止这种情况的发生，实际上是当上下两个互补的开关管其中一只关断后，再经过一段延时时间才使另外一只管子导通，这段延时时间叫做死区时间。由于死区时间的存在，会使逆变器的输出电压与设定值不一致，输出电压往往会产生非线性畸变且含有较多的谐波分量，进而引发电流波形发生畸变和转矩脉动等死区效应，而这种影响尤其在电机低速轻载运行时表现突出，严重影响了交流电机在低速运行时的平稳性，产生扭矩脉动，导致对被测试部件的加载精度降低。对于死区效应的解决办法是计算补偿电压进行死区补偿。现有补偿方法存在的缺点有：(1)多数补偿方法都依赖于逆变器实际输出电流的检测，如电流的正负或者大小，但是实际电流值存在很大的噪声干扰，且存在钳位，当电机低速轻载时，现象更为明显。此时，电流的检测值不准确，造成补偿不准确。(2)加上补偿电压后，可能会改变原有的电压矢量扇区的选择，导致逆变器输出的电压与理想电压存在差异。(3)现有的补偿技术属于事后补偿，即已经出现电压输出不准确的现象后，再进行补偿，有滞后，实时性不够。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法，通过修正逆变器基本电压矢量的作用时间来补偿死区的影响，补偿准确度更高，不存在延时滞后，从而使得转矩加载的精度有所提高。该用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法，包括如下步骤：步骤A、针对电压矢量空间的每一个矢量扇区，确定加入死区时间后，电机三相绕组电流的每一种极性组合下，电机控制电压与T1、T2的计算关系，其中，T1和T2分别为该矢量扇区的2个基本电压矢量在一个PWM周期中的持续作用时间；步骤B、实际控制时，根据控制所需的电机控制电压u*α和u*β确定所在的矢量扇区N，进而确定出逆变器的基本电压矢量A和B；步骤C、依据当前电机定子电流绕组的矢量角，查找逆变器输出电流极性扇区图，确定电机三相绕组电流的极性组合G；步骤D、根据矢量扇区N和极性组合G，利用步骤A建立的计算关系确定出矢量扇区N的2个基本电压矢量A和B的持续作用时间T1和T2；利用持续作用时间T1和T2控制基本电压矢量A和B的持续作用时间。优选地，步骤C所述当前电机定子电压的矢量角的确定方式为：步骤c1、通过忽略反电动势，将电机定子绕组的电压动态平衡方程进行简化，并进行拉普拉斯变换，进而得到定子绕组电流i滞后定子绕组电压u的相位角为其中，R为定子绕组电阻，L为定子绕组电感，ω为转子角频率；步骤c2、通过电机上安装的传感器测得定子绕组电压的矢量角θ，根据φ＝θ+γ得到定子绕组电流的矢量角φ。有益效果：(1)多数补偿方法都依赖于逆变器实际输出电流的检测，如电流的正负或者大小，但是实际电流值存在很大的噪声干扰，且存在钳位，当电机低速轻载时，现象更为明显。此时，电流的检测值不准确，造成补偿不准确，从而使得转矩加载精度降低。(2)加上补偿电压后，可能会改变原有的电压矢量扇区的选择，导致逆变器输出的电压与理想电压存在差异，致使转矩控制精度不高。(3)本专利技术不直接检测电机的电流大小或正负，而是采用电机定子绕组的电压动态平衡方程结算和查找逆变器输出极性扇区图的方式解决，避免因电流检测的不准确造成误补偿。附图说明图1为三相PWM逆变器结构示意图；其中，V1～V6为IGBT开关管，D1～D6为续流二极管；图2为逆变器输出电压空间矢量及扇区图；图3为逆变器输出电流极性扇区图；图4为一个PMW周期内逆变器三个桥臂状态示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。以附图l所示的三相PWM逆变器的工作过程为例进行说明。附图1中直流电源中性点O为参考零电位，电机定子绕组的中性点为N。开关管V1和V4组成桥臂1，开关管V3和V6组成桥臂2，开关管V5和V2组成桥臂3。上桥臂开关管导通，且下桥臂开关管关断时的状态用“1”表示。反之，上桥臂开关管关断，且下桥臂开关管导通时的状态用“0”表示，上下桥臂的开关管同时关断时的状态用“X”表示。用连续的三个字符(OOO)就可以表示逆变器每个桥臂的状态。其中“O”的取值可以是“1”或“0”或“X”。第一个字符“O”表示桥臂1状态，第二个字符“O”表示桥臂2状态，第三个字符“O”表示桥臂3状态。本专利技术通过修正逆变器基本电压矢量的作用时间，从而完成逆变器死区的补偿，包括如下4个步骤：步骤1：建立对应关系：针对电压矢量空间的每一个矢量扇区，确定加入死区时间后，电机三相绕组电流的每一种极性组合下，电机控制电压与T1、T2的计算关系，其中，T1和T2分别为该矢量扇区的2个基本电压矢量在一个PWM周期中的持续作用时间。其中，所述极性组合是指：记交流电机A，B，C三相绕组的电流为iA，iB，iC。按照三相电流正负极性的不同组合，一共有六种有效的组合形式。以电流流入电机定子绕组为正，记为“+”；以电流流出电机定子绕组为负，记为“-”。则其中一种极性组合为“+--”。本步骤中，针对每一个矢量扇区N建立对应关系的过程为：(1)将一个完整的PWM控制周期内逆变器的实际开关过程分为13个阶段，首先分别计算出每个阶段下，逆变器输出的三相电压uA,uB,uC，uA,uB,uC与该矢量扇区N对应的两个基本电压矢量A、B的作用时间T1,T2、死区时间Td、PWM信号的周期T、三相定子绕组电流iA,iB,iC的极性和逆变器母线供电电压ud有关；(2)通过公知的坐标变换公式，可以将逆变器输出的三相电压uA，uB，uC转换为两相静止坐标系α-β下的电压usα、usβ；(3)将13个阶段下的逆变器输出电压相加后，可以得到整个PWM周期内逆变器的输出电压usα、usβ，usα、usβ与该矢量扇区N对应的两个基本电压矢量A、B的作用时间T1,T2、死区时间Td、PWM信号的周期T、三相定子绕组电流iA、iB、iC的极性和逆变器母线供电电压ud有关。一个完整的矢量空间由6个扇区组成，下面以1号扇区为例进行详细分析计算，其余5个扇区计算过程类似。在1号扇区中，有两个有效基本电压矢量：u4(1,0,0)和u6(1,1,0)。理想状态下，在一个PWM周期内，逆变器的开关状态按(000)-(100)-(110)-(111)-(110)-(100)-(000)的顺序进行切换。附图4为相应的时序图，其中，T1、T2分别为电压矢量U4、U6在一个开关周期中的持续作用时间；T为PWM信号的周期，T0为零矢量的作用时间。由于死区的加入，逆变器的实际开关过程可以分为如下的13个阶段：阶段1：开关管V4、V6、V2处于开通状态，V1、V3、V5处于关断状态，逆变器状态为(000)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤A、针对电压矢量空间的每一个矢量扇区，确定加入死区时间后，电机三相绕组电流的每一种极性组合下，电机控制电压与T1、T2的计算关系，其中，T1和T2分别为该矢量扇区的2个基本电压矢量在一个PWM周期中的持续作用时间；步骤B、实际控制时，根据控制所需的电机控制电压u

【技术特征摘要】
1.一种用于提高转矩加载精度的交流电机控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤A、针对电压矢量空间的每一个矢量扇区，确定加入死区时间后，电机三相绕组电流的每一种极性组合下，电机控制电压与T1、T2的计算关系，其中，T1和T2分别为该矢量扇区的2个基本电压矢量在一个PWM周期中的持续作用时间；步骤B、实际控制时，根据控制所需的电机控制电压u*α和u*β确定所在的矢量扇区N，进而确定出逆变器的基本电压矢量A和B；步骤C、依据当前电机定子电流绕组的矢量角，查找逆变器输出电流极性扇区图，确定电机三相绕组电流的极性组合G；步骤D、根据矢量扇区N和极性组合G，利用步骤A建立的计算关系确定出矢量扇区N的2个基本电压矢量A和B的持续作用时间T1和T2；利用持续作用时间T1和T2控制基本电压矢量A和B的持续作用时间。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述当前电机定子电压的矢量角的确定方式为：步骤c1、通过忽略反电动势，将电机定子绕组的电压动态平衡方程进行简化，并进行拉普拉斯变换，进而得到定子绕组电流i...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵江波，王军政，汪首坤，沈伟，马立玲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11