用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法

摘要

本发明涉及一种用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法，包括以下步骤：(1)根据参考电压计算作用时间T'；(2)判断T'是否小于

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及永磁同步电机母线电流采集技术领域，具体是指一种用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法。

背景技术

定子三相电流检测是否准确对实际电机控制具有较大的影响，通常使用霍尔电流传感器对三相电流进行采样，虽然电流传感器使用方便，精度较高，但成本较高,电路体积大。在低功率永磁同步电机控制中，对成本的限制较为严格，因此有些方法是在逆变电路三个下桥臂分别安装一个采样电阻，然而这样虽然成本较低，但是需要在零矢量的时候对电流进行采样，不适合无零矢量的调制方法，且三电阻需要较大的PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)布板面积并造成一定的电路损耗。为了解决这些问题并进一步降低成本，目前提出了采用单电阻母线电流采样的方法，然后重构出定子三相电流。

单电阻电流采样即只在母线上串联单个电阻，根据SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)的波形在载波周期的不同时刻对单电阻进行采样并根据采样值进行相电流重构从而得到该载波周期中三相电流的真实值。要实现单电阻电流采样主要需要解决三个关键技术点：不可观测区的PWM信号改变、采样时间点计算、极高调制比情况下的电流测量。目前常见的单电阻采样的方法主要是针对前两点，通过移相的方法对不可观测区域的母线电流进行采样。

单电阻采样基本原理是指只利用一个采样电阻得到电机三相电流的原理。该原理利用一个PWM周期的开关组合关系判断母线上测量得到的母线电流与三相电流的关系。以Ⅵ扇区为例，在该扇区对应的PWM波形如图1所示。

在电机中规定电流流入为正，流出为负。当基本电压矢量为100时，A相流入，B、C相流出，此时母线电流大小与A相电流大小相等，方向相反；当基本电压矢量为101时，A、C相流入，B相流出，此时母线电流大小与B相电流大小相等，方向相反。因此，在1个PWM周期内的两个基本电压矢量的作用时间内对母线测的电流进行采样就可以得到三相电流(如图1)。通常是对PWM的左半周期的两个基本电压矢量时间点进行采样，第三相电流可以通过公式I_A+I_B+I_C＝0得到。当然，基本电压矢量与电流的对应关系前提是电压与电流的相位差足够小。

上面仅分析了Ⅵ扇区的电流重构关系。表1给出了各个扇区下母线电流与各相电流的关系：

表1

扇区第一次采样的母线电流第二次采样的母线电流ⅠI_A-I_CⅡI_B-I_CⅢI_B-I_AⅣI_C-I_AⅤI_C-I_BⅥI_A-I_B

在图1中，两次ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)采样分别在T1和T2时间段内实现，但如果T1很小或T2很小，或者两者都很小的情况下，ADC不足以采样出母线电流，这种情况下多发生在低调制比、扇区边界的时候。利用随机PWM的原理，在不改变目标电压矢量的时候，通过改变三相PWM波形构造出足够的T1和T2时间。具体的原则为：当T1(默认为较大相与中间相的时间差)或者T2(默认为较小相与中间相的时间差)的时间不足时，较大相左移，较小相左移。当调制比较低时，三相PWM波形应该都接近50％，这导致T1和T2的时间不足以完成各自时间段内的ADC采样。为了实现ADC采样，将对较大项左移，较小项右移，如图2所示，在进行左移和右移后，目标矢量并未发生变化。

当处于扇区边界的时候，其中一相采样时间较长，而另一相采样时间较短，不足以采样出母线电流，此时需要将该相进行移动，以第一扇区边界为例，如图3所示。

以上就是目前常用的单电阻母线电流采样原理。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够不依靠三相电流传感器实现调制比过高时正确采集母线电流的用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法。

为了实现上述目的，本发明的具有如下构成：

该用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法，包括以下步骤：

(1)根据参考电压计算作用时间T'；

(2)判断T'是否小于如果是，则继续步骤(3)，否则，B相不移动，A相左移，C相右移，其中为单电阻采样的最小采样时间；

(3)判断参考电压靠近所在扇区的上边界还是下边界，如果参考电压靠近所在扇区的上边界，继续步骤(4)，如果参考电压靠近所在扇区的下边界，继续步骤(5)；

(4)令将A相左移至边界，B相右移；

(5)令将C相右移至边界，B相左移。

较佳地，所述的步骤(1)还包括以下步骤：

(1-1)根据参考电压计算当前扇区相邻两相的作用时间T₁和T₂；

(1-2)根据T₁和T₂计算零矢量作用时间：

T₀＝T-T₁-T₂，

其中，T为PWM周期。

(1-3)设单电阻采样的最小采样时间为T_min，作用时间为T'根据以下公式计算作用时间：

$T^{\prime }=(\frac{T_0}{4}+\frac{{(T_1,T_2)}_{min}}{2}).$

采用了该发明中的用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法，在参考电压进入非观测区域时，能准确完成单电阻采样，并且在修改参考电压的同时，三相都进行移动，这样可以使参考电压的修改量达到最小，具有广泛的引用范围。

附图说明

图1为现有技术的ADC采样点及时序图。

图2为现有技术的低调制比时的PWM移位波形图。

图3为现有技术的扇区边界时的PWM移位波形图。

图4为本发明的永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法的过调制时的无效区域示意图。

图5为本发明的永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法的参考电压靠近上边界的波形图。

图6为本发明的永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法的参考电压靠近下边界的波形图。

图7为本发明的永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法的单电阻采样原理示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

在一种优选的实施方式中，该用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法，包括以下步骤：

(1)根据参考电压计算作用时间T'；

(2)判断T'是否小于如果是，则继续步骤(3)，否则，B相不移动，A相左移，C相右移，其中为单电阻采样的最小采样时间；

(3)判断参考电压靠近所在扇区的上边界还是下边界，如果参考电压靠近所在扇区的上边界，继续步骤(4)，如果参考电压靠近所在扇区的下边界，继续步骤(5)；

(4)令将A相左移至边界，B相右移；

(5)令将C相右移至边界，B相左移。

在一种较佳的实施方式中，所述的步骤(1)还包括以下步骤：

(1-1)根据参考电压计算当前扇区相邻两相的作用时间T₁和T₂；

(1-2)根据T₁和T₂计算零矢量作用时间：

T₀＝T-T₁-T₂，

其中，T为PWM周期。

(1-3)设单电阻采样的最小采样时间为T_min，作用时间为T'根据以下公式计算作用时间：

$T^{\prime }=(\frac{T_0}{4}+\frac{{(T_1,T_2)}_{min}}{2}).$

在SVPWM控制中，要输出所需要的参考电压，是通过将其在扇区内进行分解，由所在扇区的两个单位矢量电压表示，每个单位矢量作用时间的不同就构成了大小和方向不同的参考电压，最终根据作用时间的长短控制IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)导通时间的长短，该时间长短的调节是通过算法计算的，即根据参考电压矢量计算出来的。

过调制时，随着调制比的增高，参考电压矢量的幅值逐渐增大，调制后的矢量越来越接近六个单位有效矢量，零矢量作用时间变短，参考电压矢量进入无效区域，如图4中的阴影所示，这时通过单纯的移相的方法是是不能够满足电流重构的采样要求的，即无论如何进行移相都达不到最小采样时间的需求。为了解决这一问题，可以通过修改参考电压矢量的方法可以实现，下面进行具体的分析。

在一种具体的实施方式中，根据参考电压计算出当前扇区相邻两相的作用时间T1和T2，同时零矢量作用时间T0＝T-T1-T2。假设单电阻采样的最小采样时间为T_min，那么如果作用时间满足即在PWM边界内无论如何进行移相都不能得到有效的采样时间，这时参考电压靠近扇区边界。以第一扇区为例，当靠近扇区上边界时，如图5所示；当靠近扇区下边界时，如图6所示。例如图5中，A相左移至边界处，B相右移至边界处，此时100的采样时间仍旧小于最小采样时间T_min，无法进行有效的采样，此时就需要修改单位矢量的作用时间来进行调整了。

由以上分析可知，无论如何进行移相都不能保证足够的采样的时间，因此本专利提出了修改单位矢量作用时间(即修改参考电压)的办法进行调整，为了尽量减小修改单位矢量作用时间所带来的影响，需要保证修改的差值尽可能的小。因此提出了三相进行移动和修改单位矢量作用时间相结合的办法进行调整，以实现最小的修改满足需求。具体为当出现图5的情况时，令同时A相左移至边界，B相右移；当出现图6的情况时，令同时C相右移至边界，B相左移。这样即可实现最小程度的作用时间的修改，本专利的母线电流单电阻采样的原理图如图7所示。

采用了该发明中的用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法，在参考电压进入非观测区域时，能准确完成单电阻采样，并且在修改参考电压的同时，三相都进行移动，这样可以使参考电压的修改量达到最小，具有广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。