用于电机驱动的SVPWM计算及死区时间补偿的方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及电机驱动控制，具体地涉及一种用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在电压型逆变器（如三相全桥逆变器）驱动电机运行时，为了防止同一桥臂的上下两个功率开关管（如igbt或mosfet）因开关延迟而发生直通短路，必须在驱动信号中设置一段两者均关断的死区时间。然而，死区时间的引入会导致svpwm输出的电压矢量产生损失，使实际输出电压与理想电压指令之间产生偏差，进而导致输出电流波形畸变。

2、现有的死区补偿技术主要为在每一个pwm周期内，根据电流方向直接增加或减小有效脉冲宽度。该方法通常由微控制器（mcu/dsp）通过中断处理完成，受限于其串行处理架构，存在较大电流采样，计算延迟，实时性较差，存在电流过零点附近电流极性判断不准确，导致补偿效果不佳，输出电流波形畸变，且难以应对高频，如20khz以上，开关频率。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的方法、系统、设备及介质，通过fpga硬件并行执行前馈式死区补偿，减小了电流采样延迟和过零点方向误判，实现了低延迟、高精度的电压损失补偿，从而改善输出电流波形正弦度并提升系统动态响应性能。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的方法，应用于可编程门阵列，包括：

3、接收微控制器下发的d轴等效控制电压指令、q轴等效控制电压指令及转子角度；

4、根据所述d轴等效控制电压指令、q轴等效控制电压指令、母线电压及pwm周期时间，通过空间矢量脉宽调制算法计算每个控制周期内第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间；

5、根据第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间的差值，计算第一电压矢量作用时间基础补偿量和第二电压矢量作用时间基础补偿量；

6、根据目标电机的功率等级配置死区时间以及根据目标电机的运行工况配置死区时间补偿系数；

7、基于第一电压矢量作用时间基础补偿量、第二电压矢量作用时间基础补偿量、死区时间及死区时间补偿系数，分别对第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间进行死区前馈补偿计算，得到补偿后的第一电压矢量作用时间和补偿后的第二电压矢量作用时间；

8、根据补偿后的第一电压矢量作用时间和补偿后的第二电压矢量作用时间，得出u相、v相、w相功率开关管驱动信号的占空比输出时间，以驱动三相全桥逆变器的功率开关管。

9、可选的，根据所述d轴等效控制电压指令、q轴等效控制电压指令、母线电压及pwm周期时间，通过空间矢量脉宽调制算法计算每个控制周期内第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间，包括：

10、根据所述d轴等效控制电压指令、q轴等效控制电压指令及所述转子角度，经坐标变换计算得到α轴等效占空比输出时间和β轴等效占空比输出时间；

11、根据α轴等效占空比输出时间和β轴等效占空比输出时间的数值关系，确定指令矢量在空间矢量六边形中所处的扇区；

12、根据所述扇区对应的两相邻有效电压矢量，基于所述α轴等效占空比输出时间、β轴等效占空比输出时间及pwm周期时间，计算得到所述第一电压矢量作用时间和所述第二电压矢量作用时间。

13、可选的，根据第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间的差值，计算第一电压矢量作用时间基础补偿量和第二电压矢量作用时间基础补偿量，包括：

14、当第一电压矢量作用时间与第二电压矢量作用时间的差值大于预设的过渡差值时间，则判断第一电压矢量作用时间是否大于第二电压矢量作用时间，若是，则仅对第一电压矢量作用时间进行死区时间补偿；否则，仅对第二电压矢量作用时间进行死区时间补偿；

15、当第一电压矢量作用时间与第二电压矢量作用时间的差值不大于预设的过渡差值时间，则根据第一电压矢量作用时间与第二电压矢量作用时间的差值，与预设的过渡差值时间的预设比例，计算第一电压矢量作用时间基础补偿量和第二电压矢量作用时间基础补偿量。

16、可选的，根据目标电机的功率等级配置死区时间以及根据目标电机的运行工况配置死区时间补偿系数，包括：

17、当所述目标电机为预设大功率等级时，对应配置第一死区时间；其中，所述第一死区时间一方面作为死区补偿计算中的基准时间量，参与所述第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间的补偿修正运算，另一方面作为pwm调制输出的死区间隔时间，用于配置功率开关管驱动信号的上下管导通切换延迟；

18、当所述目标电机为预设小功率等级时，对应配置小于所述第一死区时间的第二死区时间；其中，所述第二死区时间同时作为补偿计算中的基准时间量和pwm输出死区配置时间，以在保障功率开关管安全换流的前提下，降低死区效应所导致的电流波形畸变与转矩脉动；

19、以电流波形总谐波畸变率作为补偿系数的整定评价指标；

20、以初始调试使用的默认值为起点，通过在线调试工具按照预设步长逐步递增所述补偿系数，并在每个步长调整后保持若干pwm周期，待所述目标电机的电流波形稳定后，读取并记录当前电流波形总谐波畸变率；

21、当所述补偿系数自默认值起沿递增方向变化时，若总谐波畸变率呈现先下降后上升的u形变化规律，则取总谐波畸变率最低点所对应的补偿系数为所述目标电机在当前运行工况下的最优补偿系数。

22、可选的，根据以下公式计算补偿后的第一电压矢量作用时间和补偿后的第二电压矢量作用时间：

23、当时，补偿后的第一电压矢量作用时间为，第二电压矢量作用时间无补偿；

24、当时，第一电压矢量作用时间无补偿，补偿后的第二电压矢量作用时间为；

25、否则，补偿后的第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间分别按照以下公式计算：

26、

27、

28、式中，为第一电压矢量作用时间，为第二电压矢量作用时间，为预设的过渡差值时间，为死区时间补偿系数，为死区时间。

29、可选的，所述微控制器负责位置环、速度环以及电流环中除空间矢量脉宽调制波形生成和死区补偿之外的计算任务，所述可编程门阵列负责空间矢量脉宽调制波形生成和死区补偿的硬件级并行计算。

30、第二方面，本发明还提供一种用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的系统，包括：

31、微控制器，其内设置有：

32、速度环pid调节模块，用于根据速度指令及反馈速度进行pid运算，生成并输出d轴等效控制电压指令、q轴等效控制电压指令和转子角度；

33、参数配置模块，用于配置死区时间补偿系数并下发至可编程门阵列；

34、可编程门阵列，其内设置有：

35、svpwm模块，用于接收所述d轴等效控制电压指令和q轴等效控制电压指令、转子角度、所述补偿系数母线电压、pwm周期时间及死区时间；将所述d轴等效控制电压指令和q轴等效控制电压指令经坐标变换得到α轴等效占空比输出时间和β轴等效占空比输出时间，根据所述α轴等效占空比输出时间和β轴等效占空比输出时间，判断指令矢量所在的扇区并计算第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间，根据第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间的差值，计算第一电压矢量作用时间基础补偿量和第二电压矢量作用时间基础补偿量；根据目标电机的功率等级配置死区时间以及根据目标电机的运行工况配置死区时间补偿系数；基于第一电压矢量作用时间基础补偿量、第二电压矢量作用时间基础补偿量、死区时间及死区时间补偿系数，分别对第一电压矢量作用时间和第二电压矢量作用时间进行死区前馈补偿计算，得到补偿后的第一电压矢量作用时间和补偿后的第二电压矢量作用时间；

36、pwm模块，用于根据所述占空比输出时间生成六路pwm控制信号，驱动三相全桥逆变器的功率开关管。

37、可选的，所述可编程门阵列以硬件逻辑电路并行实现空间矢量脉宽调制波形生成和死区补偿计算，不经过软件中断处理。

38、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的方法的步骤。

39、第四方面，本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述用于电机驱动的svpwm计算及死区时间补偿的方法的步骤。

40、通过上述技术方案，通过将svpwm波形生成与死区补偿逻辑剥离至fpga中由硬件逻辑并行执行，克服了传统mcu/dsp依赖串行中断处理所固有的采样延迟和计算滞后问题，降低了电流环传输延迟，能够应对高频开关频率下的实时补偿需求，抑制了输出电流波形畸变，提升了电流环带宽与系统动态响应性能；同时，由于mcu/dsp卸除了繁重的svpwm和死区补偿计算任务，其释放的算力可用于更复杂的前馈、辨识或振动抑制算法，实现系统整体性能的协同优化。

41、本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。