沟通伺服控制系统中电机相电流重构技术.docx

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1、沟通伺服控制系统中电机相电流重构技术shixi导语：本文在分析互补PWM形式下逆变器换流根底上，提出空间矢量PWMSVPWM控制方式下沟通电动机相电流重构技术。在伺服驱动控制系统中，电流检测是一个关键环节：通过获取直流母线电流构成短路保护，以保证逆变器平安；量测用电机相电流构成电流反应控制和电机过载保护，以进步电机驱动系统性能。经典的电流检测方法是应用电流传感器检测电流，但较贵的传感器使得系统本钱增加。另一种方法是利用多个廉价的线性电阻获取电流信息，但在硬件受限的条件下，有时也难以实现。从降低系统本钱、减小体积出发，用单电流检测技术获取电机与驱动系统电流信息的方法成为一种有效方式。本文在分析互

2、补PWM形式下逆变器换流根底上，提出空间矢量PWMSVPWM控制方式下沟通电动机相电流重构技术。该技术用一个线性电阻采样逆变器直流母线电流，根据逆变器所处开关状态和三相电流关系，计算出各相电流，实现沟通电动机的相电流重构。PWM形式下逆变器换流分析在当代沟通伺服驱动控制系统中，一般都采用互补输出PWM方式控制逆变器功率开关器件，以调节逆变器的输出电压幅值与频率。所谓互补输出即同一桥臂的上、下两个功率开关器件，在上桥臂器件导通时，下桥臂器件处于关断状态，反之亦然。图1逆变主电路构造图在图1所示的逆变系统中，定义开关变量取0或者1两种状态，其中1表示上桥臂功率开关器件导通；0表示下桥臂功率开关器件

3、导通。那么有表1所示的三相逆变器的开关状态。其中，Sa,Sb,Sc0,0,0和Sa,Sb,Sc1,1,1时，逆变器输出电压为零，于是将逆变器的这两种开关状态定义为零状态，而将其余6种状态定义为有效状态。当逆变器开关处于有效状态时，例如处于Sa,Sb,Sc1,0,0，其电流流通途径如图2所示。由图2可见，该状态下，直流母线电流Idc即为沟通电动机的A相电流。图2开关状态为100时电流的流通途径图3开关状态为000时电流的流通途径图4换相经过中电流流通途径当逆变器开关由状态Sa,Sb,Sc1,0,0转换为Sa,Sb,Sc0,0,0时，由于电流不能突变，那么二极管D4导通，A相电流二极管D4续流，电

4、流流通途径如图3所示。此时，直流母线电流Idc为零，三相绕组电流在电机内部流动。当逆变器开关状态由Sa,Sb,Sc1,0,0转变为Sa,Sb,Sc1,1,0时。由于存在为防止逆变器上、下桥臂直通短路而设置的死区时间，因此在换向初始阶段，存在开关管T6、T3同时处于关断的状态，此时电流流通途径如图4所示。换相完毕时，开关管T3导通，电流流通途径如图5所示。图5开关状态为110时电流的流通途径图4说明，换相开场时，直流母线电流Idc为沟通电动机的C相电流。由图5可见，在换相完毕后，逆变器直流母线电流Idc仍为沟通电动机的C相电流。相电流重构技术由互补PWM方式下逆变器的换流分析知，除零状态下逆变器

5、直流母线电流为零外，在有效状态下逆变器直流母线始终都有电流流过，即是电动机的相电流。因此，可以采用图6所示逆变主电路构造获取电动机的相电流，其中线性电阻R为直流母线电流采样电阻。从进步电压利用率和降低逆变器开关损耗来看，SVPWM是一种优化的互补PWM方式。根据SVPWM原理1和逆变器换流分析，可以得到表2所示的直流母线电流与电机相电流的对应关系。于是可以根据逆变器开关状态、直流母线电流Idc，以及电动机三相电流之间的关系，重构出沟通电动机的相电流。图6单电流检测逆变主电路构造图实验系统的控制器为TMS320F2407DSP，逆变器的开关频率为10kHz，实验用电机为500W的沟通异步电动机。

6、实验中，在逆变器开关的每一个有效状态下，DSP采样直流母线电流Idc，并在两个相邻的母线电流采样周期，根据电机三相电流关系iaibic0，计算出相电流瞬时值，实现电机相电流的重构。a相电流波形align=centerb相电流重构波形/align图7电机相电流波形实验波形如图7所示。图7a为三相沟通异步电动机的A相电流波形，7b为A相电流重构后经数模转换输出在示波器上的回放波形。由于逆变器的开关频率为10kHz，因此逆变器直流母线电流Idc的采样周期为0.1ms，而电机相电流在0.1ms时间间隔内的变化非常小，因此经DSP重构出的电机相电流具有足够高的精度。在很多应用场合，对沟通电机伺服驱动产品的本钱与体积都有严格的控制，采用单电流检测技术获取电机与驱动系统电流信息是知足这一要求的有效方式。本文所提方法需要在相邻的两个开关周期完成，对于高开关频率的逆变驱动系统完全可以知足应用所需到达的电流控制精度。0