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基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现.pdf

基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现

terrykgm
2011-03-07 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现pdf》,可适用于人文社科领域

酊f究’j没计EMCA迫弗乙与楦制应用.()基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现水陈小佳黄苏融洪文成邹海晏(上海大学机电工程与自动化学院上海)摘要:为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响提出一·种基于空间电压矢肇脉宽调制(SVPWM)的电瓜前馈型夕匕区补偿方法。该方法依据电流环的给定电流来确定电流矢量的位置并以此加入电瓜Iji『馈来削弱逆变器输出的、次睹波电流从而减小i皆波电流对电机电磁转矩脉动的影响。永磁旧步电机系统死Ⅸ补偿仿真及试验结果验证r该方法的有效性。关键词:空间电压矢量脉宽调制死区补偿电压前馈中图分类号:TM.文献标识码:A文章编号:()StudyandImplementationofVoltageFeedForwardDeadTimeCompensationMethodBasedonSVPWMCHENXiaofiaHUANGSurongHONCWenchengZOUHaiyan(CollegeofMechatroniesEngineeringandAutomationShanghaiUniversityShanghaiChina)Abstract:ToreducethevoltagedistortioncurrentharmoniesandtorquetipplecausedbythedeadtimeeffectsavoltagefeedforwarddeadtimecompensationmethodbasedonSVPWMispresented.Withthepositionofthegivencurrentvectorofthecurrentloop.thismethodcandecreasethethandthharmoniccurrentsbyapplyingthefeedforwardvoltagetothevoltagevectorandthenreduceit’Seffectstothetorquetipple.Thesimulationresultsandexperimentresultsverifytheeffectivenessofthismethod.Keywords:spacevectorpulsewidthmodulationdeadtimecompensationvoltagefeedforward引言空间电J玉矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulationSVPWM)技术由于其较低的谐波输}lj含量和较高的母线电J玉利用率等优点在电机拧制中逐渐成为一项标准化技术得以广泛应用。在逆变器巾为避免开关器件的非理想特性导致的上下桥臂直通现象必须加入死区时lq但是死区时间效应使得逆变器的输J}lj电压及电流发生畸变导致电机电磁转矩脉动和谐波损耗增大尤其在低速时由夕匕区效应I起的电磁转矩脉动明显增大。针对死区效应国内、外学者已提出多种死区补偿方法。文献将开关器件的仁理想特性也IJJ结为死区效应并给出了精确的死区补偿时间量文献采用反馈电流滞环判断电流方向修正开关器件开通时刻以实现死区补偿该方法不需要附加电路f臣由于采用反馈电流滞环判断电流过零点补偿精度较低并将导致输出波形滞后文献提出一种基于实时检测开关器件导通时问的死区补偿和电压检测方法该方法可实时精确地检测死区时问有利于提高电机系统性能但附加电路成本较高。本文存死区效应和补偿分析的基础上提出一种基于SVPWM的电压前馈死区补偿方法。电流矢量位置的确定是电压前馈死区补偿的关键该方法依据电机系统的给定电流来确定电流矢量位置可省去硬件检测电路并在SVPWM算法中‘国家自然科学基金项目()冈家节能与新能源汽车重大项目课题(AAllAt)一~万方数据迫击乙与控制应用,()研究‘j设计EMCA直接进行电压前馈补偿以削弱逆变器输m的、次谐波电流抑制电机转矩脉动。该方法软件编程简洁、有效并通过永磁同步电机系统模型的死区补偿仿真和试验验证了该死区补偿方法的有效性。死区效应分析图(a)为逆变器的一相桥臂此处绝缘栅双极晶体管(IGBT)为高电平开通的功率开关管。Pl、e分别为驱动IGBT。和IGBT的驱动信号。为避免上下桥臂同时开通P。和P不能同时出现高电平。图l(b)足DSP产生的驱动信号。当计数器到达给定比较值时理想情况为P变高IGBT。开始导通P为P。的反向信号当P.变低时P变为高电乎IGBT开始导通。由于开关器件的非理想特性有可能出现上下桥臂直通。为避免直通在实际的驱动信号P。’和P’中加入了死区时问fd。(a)逆变器的一相桥臂锋曩纂>r∑理想P.波形一:H一理想P波形:一i}...........一:实际一’波形刊卜实际^’波形鼍:卜科·(b)DSP中PWM信号产牛过程图I逆变器结构及其DSP巾PWM信号产生过程加入死区时间t。后有效地避免了开关器件的直通但也造成了一系列的夕匕区时i'nJ效应。如图当i.>时理想情况是P。变高时A点电压为‰/由于死区时问td的存在IGBT。不能在理想时刻开通将通过D:来续流此时A点被钳位于一%/。这样加人死区时间后实际输出电压比理想输出电压增加了一个幅值为K/、宽度为t。的负脉冲电J玉。同理当i。<时理想情况是P变高时A点电压为一nf/加入死区时间t。后IGBT不能在理想时刻开通通过D。来续流A点被钳位于虼/。这样加入死区时间后实际输出电压就比理想输出电压增加了一个幅值为K/、宽度为t。。的Ili脉冲电压。图显示了死区时间对逆变器输⋯lU胍波形的影响。埘fa●U一.U甜(b『⋯。rrj|I:惦≥{图死区时问对逆变器输fI电压波形的影响图(a)中y纛为逆变器A相理想输出电压图(b)中n。为逆变器A相实际输出电压K。与VA‘。之间的偏差如图(c)所示为一系列的畸变电压脉冲序列其宽度为f。幅值为虬。极性与i。方向相反为取其平均电压将畸变电压脉冲序列等效为一个矩形波的畸变电压AV。。如图(c)中虚线所示。由此可得怕J:aVAN:了tdVdcN()J式中:tPWM周期卜载波比。冈此A相实际输出电压为:fVAN=VA‘NIAVA小K。芈^≥oJ~()k:州巩I吒芈^≤o同理可以得到:Van=吃一半ign“)”吃一半ign瓴)()”吃一警sign瓴)一~万方数据研究’:i设计EMCA迫扎西粒帚J应用,()式()表明死区时间效应是在逆变器理想输出卡H电压上叠加一个畸变电压该畸变电压与电流的极性相关而与电流幅值无关该畸变电压将导致系统电流的畸变。d电压前馈死区补偿方法分析由式()得到畸变电压矢量幅值为:△t:寻坠粤型。ign(ia)JJsign(ib)asign(i)a()式巾a为复数旋转因子a=ej们。依据三相电流方向的种町能性将电流矢鼍的全周期分为个扇区在每个扇区内三柏电流方向不会发牛变化。从式()可知当i棚电流方向不变时畸变电压矢量是一个幅值不变的恒定电压。因此根据这个扇区采用电压前馈死区补偿方法分别修正SVPWM算法巾给定的电压矢量值进而修止逆变器输出电压。图为电流矢量与畸变电压矢量关系图其基本特征是每个扇区内的电流方向不变、畸变电压矢量的方向为所在扇区角分线的反方向。图演示了扇区II的死区效应补偿策略:当电流欠量在对应扇区内时施加与畸变电压矢量△K幅值相同、方向相反的补偿电压矢量△K’以弥补畸变电压矢量造成的死区效应。针对给定电压屹与V。分量将补偿电压矢量△K分解为△K、念鼢.V附。图电流矢量与畸变电压矢量关系图△K补偿电压分量然后采用前馈方式加入SVPWM算法以实现死区时问补偿对应每个扇区内的△K、△蚝补偿电压值见表。图第扇区内补偿电压分配在DSP程序中可以根据电流矢量角度编写DSP死区补偿程序。首先计算角度并分配扇区编号然后根据表的补偿鼍在每个扇区内分别修正K、‰再将加入前馈量的电压矢量值作为SVPWM算法的输入量即可。表电流空间矢量和补偿电压之间的关系电压前馈死区补偿方法简洁有效便于软件编程实现关健是如何确定电流矢量位置。本文给出厂一种简便地获取电流矢量角的方法:图中依据i。、i。给定值计算出在由坐标系中的电流欠量i。与d轴间的夹角:p:加上电机位置角度口。就是死区补偿算法中的电流矢量i。角度。一一∥一图电流矢量角度万方数据电札与柱芾J应用,()研究与没计E堋擒死区补偿仿真及试验分析基于SIMPLORER软件环境搭建了永磁同步电机系统死区补偿研究仿真平台。功率模块采用三菱公司的PMDSA典型开通时间t。=.Ixs关断时间t。。=.Ixs电机额定功率为kW给定同步旋转频率.^=Hz调制波频率=kHz设定t。。=Ixs。采用具有死区补偿的永磁同步电机控制系统。图、分别为死区补偿前后仿真得到的电流波形与试验得到的电流波形叮见仿真得到的电流波形与试验得到的电流波形基本一致。补偿前的电流存在零电流钳佗现象而H波形正负不对称F盯分析表明谐波总畸变量为.%电流中含有、次谐波电流以及由PWM波引起的高频谐波分晕(谐波频率k)并且、次谐波是谐波电流中的主要分量它将导致电机的电磁转矩脉动增大。采用本文介绍的方法补偿以后谐波次数次次次、次谐波THD总潴波TltD谐波比例%.%.%.%.%≤U.璺(a)死区补偿前的电流波形及其谐波含馈、f、一一“、。I一一‘、一一、八户\/\.k/、厂V、/、’⋯ky、~一/\~/\‰/。、.谐波次数次次次、次渚波'liD总谐波THD谐波比例%O.%.%.%.%(b)死区补偿后的电流波形及』£谐波含量图死区补偿前后的仿真得到的电流波形及其谐波含量零电流钳位现象已经消除电流波形"⋯R明显改善、次谐波显著下降谐波总畸变量下降为.%。(a)死区补偿莳的电流波形(b)死区补偿后的电流波形图死区补偿前后试验得到的电流波形结诸为了减小逆变器死区时间效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响提出一种基于SVPWM的电压前馈型夕匕Ⅸ补偿方法。该方法依据电机系统的给定电流来确定电流矢量的位置可省去硬件检测电路并在SVPWM算法中直接进行电压前馈补偿以削弱逆变器输出的、次谐波电流抑制电机转矩脉动。该方法软件编程简洁、有效永磁同步电机系统死区补偿仿真及其试验研究验证了该方法的有效性。【参考文献】JongWooChoiSeungKiSul.InverteroutputvoltagesynthesisusingnoveldeadtimecompensationJ.IEEETransactionsonPowerElectronicsI():.HyunSooKimKyeongHwaKimMyungJoongYoun.On·linedeadtimecompensationmethodbasedontimedelaycontrolJ.IEEEFransactionsonControlSystemsTechnologyll():.窦汝振刘钧.一种基于SVPWM控制的死区补偿方法J.电气传动自动化():.刘军锋李叶松.死区对电瓜犁逆变器输出误差的影响及其补偿J.电一亡技术学报():一.陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统M.北京:机械工业出版社.收稿日期:....‘雨肌吼陀以以万方数据基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现作者:陈小佳黄苏融洪文成邹海晏CHENXiaofiaHUANGSurongHONGWenchengZOUHaiyan作者单位:上海大学机电工程与自动化学院,上海,刊名:电机与控制应用英文刊名:ELECTRICMACHINESCONTROLAPPLICATION年卷(期):()被引用次数:次参考文献(条)JongWooChoiSeungKiSulInveteroutputvoltagesynthesisusingnoveldeadtimecompensation()HyunSooKimKyeongHwaKimMyungJoongYounOnlinedeadtimecompensationmethodbasedontimedelaycontrol()窦汝振刘钧一种基下SVPWM控制的死区补偿方法期刊论文电气传动自动化()刘军锋李叶松死区对电压型逆变器输出误差的影响及其补偿期刊论文电工技术学报()陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统相似文献(条)期刊论文刘保连丁祖军LIUBaolianDINGZujun一种新颖两相调制SVPWM控制策略研究电测与仪表,()针对传统空间电压矢量脉宽调制存在的问题,提出一种新颖空间电压矢量脉宽调制方案在对传统SVPWM方案进行分析的基础上,采用两相调制方法,根据负载功率因数角选取各扇区内的零电压矢量该策略使电流在过零时及电流最大时桥臂不换流,使得器件开关频率降低了,且在电流过零时,避免了对该相的死区补偿仿真及实验结果表明该优化SVPWM控制策略能有效改善电流波形,降低开关损耗,消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,且算法简单,易于实现期刊论文金舜钟彦儒JinShunZHONGYanru一种新颖的同时考虑中点电位平衡和窄脉冲消除及死区补偿的三电平空间电压矢量脉宽调制方法中国电机工程学报,()该文引进了一种简洁高效的三电平SVPWM算法在此基础上,提出一种中点电位控制和窄脉冲消除方法,同时进行了死区的补偿仿真和实验结果表明,该方法实现简单,输出波形谐波含量小,中点电位得到很好的控制,并较好地解决了窄脉冲问题同时由于进行了死区补偿,使逆变器在低频输出时波形明显改善,提高了系统在低频时的转矩输出在用TMSLFDSP为开发平台的三电平实验样机上取得了良好的效果期刊论文魏凯尚敬廖长鑫何红成SVPWM逆变器死区补偿的研究与实现大功率变流技术,""()分析了空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)逆变器死区效应产生的原因及影响,根据死区效应及SVPWM的特点提出了电压补偿法该方法无需增加硬件,实用性较强仿真和实验结果验证了该方法的有效性期刊论文李毅范蟠果LiYiFanPanguo基于SVPWM的数字化交流变频调速系统的设计电气传动,()基于Intel公司的CMC实现全数字化的交流变频调速控制,介绍了空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)方法的基本原理及其在交流变频调速系统中的应用通过比较和分析,分析死区对交流调速的影响,提出了一种有效的进行死区补偿的方法针对当前普通变频器的功能结合硬件设计和执行编译软件来实现普通变频器基础的辅助的和特殊的功能最后测试样机给出了实验的结果,验证了系统的可靠应用性期刊论文刘美莲杨志千付红伟SVPWM逆变器死区效应的时间补偿方法研究电气应用,()空间电压矢量脉宽调制(SpaceVohagePulseWidthModule,SWPWM)技术相比于其他PWM技术具有电流谐波小、转矩脉动小、噪声低以及较高的直流电压利用率等优点在电动机控制的应用中,SVPWM技术从原理上把电动机和逆变器看为一体,其实现目标是使电动机获得幅值恒定的圆形磁场,从而得到正弦的输出电压电流SVPWM的工作方式是运用三相桥臂的导通与关断产生六个有效的电压矢量和两个零矢量来合成所需的电压矢量学位论文许嘉旻三相逆变器的PWM控制研究脉宽调制(PWM)控制技术已成为交流调速系统中逆变技术的控制核心目前逆变器控制算法的最终实现基本上是以PWM控制方式完成的。空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)不仅使得交流电机转矩脉动降低、电流波形畸变减小而且与正弦脉宽(SPWM)技术相比直流电压利用率提高并更易于数字化实现因此在电机变频调速、有源滤波器中的跟踪电流控制等领域有很广泛的应用。永磁同步电动机(PMSM)具有功率密度高、转子转动惯量小、运行效率高等优点。以SVPWM为关键控制技术的永磁同步电动机矢量控制系统更是被广泛应用于数控机床、伺服系统、机器人等领域前景广阔。论文首先综述了电力电子技术、PWM控制技术和永磁同步电动机调速系统的研究发展概况与趋势。其次在分析了SVPWM原理及其实现的基础上研究了SVPwM在PMSM矢量控制系统中的死区效应及补偿策略。按电流方向的不同分析了死区效应对空间电压矢量脉宽调制逆变器控制的永磁同步电机输出波形的影响。根据电流空间矢量图将三相电流分成个区域并在各区域中按电流方向对三相输出电压进行补偿。通过实验表明该方法避免了增加系统软硬件复杂程度补偿效果明显。再次分析了PMSM矢量控制系统结构推导了PMSM的数学模型在MatlabSimulink软件平台上构建了SVPWM和IPMSM矢量控制系统的仿真模型并对仿真结果进行了分析。开发了以DSP芯片TMSLFA为控制核心以PMSM为负载的三相逆变器实验平台对电机转子位置和速度信号采样电路的设计进行研究提出了利用锁相环技术对光电编码器的位置信号进行倍频细分技术在硬件改动量最小的情况下提高了系统分辨率优化了系统性能。最后对永磁同步电机矢量控制系统进行全数字化实时控制的设计调试了速度位置检测、电流检测、PI调节、坐标变换等应用模块。对所做研究进行了总结并对今后的工作方向进行了展望。本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalzxxdjaspx授权使用:西安电子科技大学(xadzkj)授权号:cbffadebbf下载时间:年月日

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