2022年电机失量控制实例 .pdf

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1、一、电流环的设计电流环是电机控制的核心，这部分软件的主要作用是解算永磁同步电机的电压方程，设计的任务有电流采样，克拉克变换，派克变换，D 轴电压的计算，Q 轴电压的计算， SVPWM 的调制，死区补偿。1、电流采样电流采样得到的数据，当使用 10 位的分辨率时， 是一个范围在0000H03FFH 之间的数，当使用12 位的分辨率时，是一个范围在0000H07FFH 之间的数，采样后为了能表示成一个正弦波电压信号，需要将采样得到的数据减去中点电流值，中点电流值（即零点电流值）通过SVPWM 无输出、电机停止时的ADC 输出值的一阶滤波后得到，设Mad0 为 SVPWM 关闭，电机停止时的ADC

2、的输出值，则中点电流值的计算方法如下：Mmid= (1/(1+Ts)* Mad0 上式中 T 是滤波参数，s 是拉普拉斯算子。定义流向电机的方向为电流的正方向，流出电机的方向为电流的负方向。2、克拉克变换（Clark transfer ）克拉克变换的主要目的是将三相在空间相位互差120 度的同步旋转电流等效变换成旋转频率一致但在空间相位差为90 度的正交旋转电流。具体的实现方法如下：I=ia I=(2*ib+ia)/1.732 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，

3、共 8 页 - - - - - - - - - 3、派克变换（Park transfer ）派克变换的方法是从同步旋转的坐标系上观察两个正交的旋转电流，从而得到一个不随相位变化的励磁分量和力矩分量，具体实现方法如下：Id= I*cos +I*sin Iq= - I* sin + I*cos4、电压方程的实现电压方程是描述电机电磁过程的本质方程，电压方程能否准确、高效、快速实现关系到电机的控制性能，电压方程如下：Ud=Rs*id+Ld*d(id)/dt *Lq*iq Uq=Rs*iq+Lq*d(iq)/dt + *Lq*iq +* 电压方程中的参数说明：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

4、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - Ud：d 轴的最后输出电压；Uq：q 轴的最后输出电压；Rs： 一相绕组的直流电阻；Id： 励磁电流值；Iq： 力矩电流值；Ld： d 轴电感；Lq： q 轴电感；： 电流角速度；： 由永磁体激发的磁链。为实现上述两个电压方程，需要对电压方程中的每个参数进行量化，初步的量化设想如下：(1)、单位电压值的量化为Kv 。将一伏特的电压量化成Kv=8.192 个数值单位， 即在程序计算的过程中对应的电压数值处以8.192 的商对

5、应为一伏特的电压。(2)、单位电阻值的量化为Kr 。将一欧姆的电阻量化成Kr=100 个数值单位。(3)、单位电流值的量化为Kc 。将一安培的电流量化成Kc=128 个数值单位。(4)、单位电感值的量化为Kl 。将一毫亨的电感量化成Kl=10 个数值单位。即每个数值单位对应为0.1mH。(5)、单位角速度的量化为Kw 将每个电弧度对应Kw=64 个数值单位。(6)、单位磁链的量化为Ka 设电机在额定转速下的反电动势为Uemf ，在额定转速下，反电动势的表达式为：Uemf*Kv=omega_rate*=2*pi*(N_rate/60)*p*Kw*=(Uemf*Kv*9.55)/( (N_rate

6、*p*Kw) Uemf- 额定转速时的反电动势N_rate- 电机的额定转速p- 同步电机的极对数由于 V=*，所以 =V/ ， Ka=Kv/Kw 根据上述的量化值，以下对电机电压方程的计算进行说明：(1)、Rs*id （Rs/Kr ）*（id/Kc ）*Kv=( Rs*id) * Kv/ (Kr*Kc) K1=Kv/ (Kr*Kc) 为 Rs*id 项的量化系数。(2)、 Ld*d(id)/dt ， d(id) 为两实时的电流给定和电流反馈的差值即i，dt 为中断的时间Tint ，暂定为500uS，对应为 0.0005 秒=1/2000,1/dt=2000 ，Ld*d(id)/dt (Ld/

7、(Kl*1000)*( i/Kc)*(1/Tint)*Kv= Ld* i*Kv/(Kl*Kc*1000*Tint)。K2=Kv/(Kl*Kc*1000*Tint) 为 Ld*d(id)/dt项的量化系数。(3)、*Lq*iq (/Kw)*(Lq/(Kl*1000)*(iq/Kc)*Kv 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - =(*Lq*iq)*Kv/(Kw*Kl*Kc*1000) K3= Kv/(Kw*Kl*Kc*10

8、00) 为*Lq*iq项的量化系数(4)、 *(/Kw)* *Kv= * *(Kv/Kw) K4= Kv/Kw 为* 项的量化系数。5、SVPWM 的调制的实现根据电压方程算出了Ud，Uq 以后，需要将Ud、Uq 逆变换到旋转坐标系下，才能用 SVPWM 的调制方法将指令电压转换成实际的电压输出，逆变换的方法为：U =Ud* cos Uq*sin U = Ud* sin + Uq*cos SVPWM 的实质就是实时计算三相逆变器每一相在每一时刻的开关时间的的长短。给定 U、U，T 是载波周期， Udc 是直流母线电压，根据这些量计算相应扇区两个臂上的时间的计算方法如下：Sector 1: t1

9、=T000=（1*U -（1/1.732）* U ）*T/(Udc*2/3) t2=T060=(0*U +（2/1.732）* U )*T/(Udc*2/3) Sector 2: t2=T060=(1*U +（1/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) t1=T120=(-1*U +（1/1.732）* U) *T/(Udc*2/3) Sector 3: t1=T120=(0*U +（2/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) t2=T180=(-1*U -（1/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

10、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - Sector 4: t2=T180=(-1*U +（1/1.732）* U) *T/(Udc*2/3) t1=T240=(0*U -（2/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) Sector 5: t1=T240=(-1*U -（1/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) t2=T300=(1*U -（1/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) Sector 6: t2=T300=(0*U -（2/1.732）*

11、 U ) *T/(Udc*2/3) t1=T000=(1*U +（1/1.732）* U ) *T/(Udc*2/3) 以上每个等式的算法可以通过输出电压矢量（U、U）在构成不同的扇区的两个矢量上的分解后，通过几何的方法求得。箭头表示t1，t2 在每个扇区的两个向量上起作用的先后顺序，根据这个顺序将上述算式中的系数按Q14量化得出的计算表格如下：16384,-9460,0,18919 -16384,9460,16384,9460 0,18919,-16384,-9460 0,-18919,-16384,9460 -16384,-9460,16384,-9460 16384,9460,0,-18

12、919 在上述计算t1，t2 的过程中，涉及到根据参考电压矢量（U、U）的值确定扇区的问题，该问题的确定方法如下：第一步：根据U 、U构建 3 个等式：Vref1= U Vref2= sin60*U sin30* U Vref3= sin60*U sin30* U 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 第二步：引入符号检测函数1 x0 sign(x)= 0 x0 第三步：根据公式：N= sign(Vref1)+2* s

13、ign(Vref2)+4* sign(Vref3) 算出 N 第四步：由 N 的值查表索引出扇区的值Sector，见下表：N 1 2 3 4 5 6 Sector 1 5 0 3 2 4 6、死区补偿由于 IGBT 在实际应用过程中，从控制信号发出指令开始它们要安全的达到打开或关断状态， 需要一个特定的开通或关断时间ton 或 toff ，为避免直流母线电压通过 IGBT 对地短路，控制信号的开通边沿必须延时一个时间td， 而且 td必须大于 IGBT的关断时间toff 。Td 被称为死区时间或保护时间，如下图所示。在实际的应用过程中为确保IGBT 的安全起见， td 一般选择一个特定的值，t

14、d 一般为 toff 的 1.52 倍。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 上图依次说明了如下几点：A、V 相的参考电压Uv* ；B、实际驱动IGBT 的信号 v+和 v_已经被 Td 时间修改；C、V 相得到的实际电压Uv；D、V 相的电压误差Uv；E、死区时间Td 对定子电压矢量Us 的轨迹以及基波相电压的影响。F、从图 b 可以看出，电压的误差值与电流的方向有关，电流流入电机时，误差电压为负，需要正电压进行补偿

15、；电流为0 时，误差电压为0，不需要补偿；电流流出电机时，误差电压为正，需要负电压进行补偿。由死区时间td 引起的电压误差Uv 的计算公式如下：-(td/Tp)*(2/3)*Udc，iv0 Uv=Uv* Uv= 0 iv=0 (td/Tp)*(2/3)*Udc，iv 0 Td- 死区时间Tp- 载波周期Udc- 母线电压iv-V相电流（有符号数）电压的误差值与电流的方向有关，根据损失电压的平均值结合电流的方向，由死区引起的电压误差能得到有效的补偿，补偿的方法可以通过软件和硬件的方式来实现。由于软件补偿实现的方式灵活方便，目前得到了广泛的应用。由于电流的方向在过零点时会出现震荡反复，在实际的应用

16、中通常采用电流的给定值来替代实际的反馈值实现死区补偿问题，相电流参考值Isu* ， Isv* ， Isw* 可以由Isd* 、Isq* 通过坐标变换的方式来实现，根据这个方法，在坐标系内得到的误差补偿量如下：U = sign(Isu*) + 0.5* sign(Isv*) + 0.5* sign(Isw*)*(td/Tp)*(2/3) *Udc U= sign(Isv*) + sign(Isw*)*(td/Tp)*(2/3) *Udc 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 根据上式算出的误差电压通过与对应的给定电压U、U相加，然后再进行SVPWM 调制，实现死区补偿的目的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -