基于电压偏移的双三相永磁同步电机相电流重构误差补偿方法

本发明涉及一种基于电压偏移的双三相永磁同步电机相电流重构误差补偿方法，属于电机驱动控制与电流检测领域。

背景技术：

1、双三相永磁同步电机包括空间上相互移相30°的第一套三相绕组abc和第二套三相绕组xyz。与传统三相电机相比，该类电机具有功率分配灵活、容错能力较强以及特定低次谐波可抑制等特点，适用于航空航天、舰船推进、电动交通工具及高功率密度伺服驱动等场合。

2、在常规双三相永磁同步电机驱动系统中，通常需要在逆变器直流母线侧或交流输出侧安装多个电流传感器以分别检测两套绕组的三相电流。但电流传感器数量的增加直接推高了系统硬件成本和体积，同时也降低了系统可靠性。为降低系统成本并提高可靠性，单电流传感器电流重构技术被引入双三相电机驱动系统。单电流传感器电流重构的基本原理是：利用逆变器各开关状态下直流母线电流或某一支路电流与各相电流之间存在的确定线性组合关系，在一个pwm开关周期内的多个特定时刻对单电流传感器的输出进行采样，再根据各采样时刻对应的开关状态所确定的组合关系解算出多相电流值。

3、针对30°移相角双三相永磁同步电机，现有单电流传感器重构方法通常在一个pwm开关周期内设定四个采样时刻，典型地为（为pwm开关周期）。控制系统在这四个时刻锁存单电流传感器的输出，获得四个采样电流。根据当前pwm周期内两套逆变器的开关状态组合，确定当前所处的重构区域，每个区域下四个采样电流与六相电流之间存在一组固定的线性组合关系。将四个采样电流代入该区域对应的重构关系式，即可解算出六相电流的瞬时值。重构所得的六相电流经坐标变换后送入电流调节器，构成闭环控制。

4、上述现有单电流传感器六相电流重构方法在实际应用中存在以下问题：

5、在一个pwm开关周期内，这四个采样值本身就处于不同的物理时刻。现有方法将这四个不同时刻获取的采样值直接代入同一组重构关系式进行代数运算，并将运算结果作为同一时刻的六相电流值输出。由于参与运算的各采样值在时间轴上存在位置差异，重构所得的六相电流之间实质上对应了不同的时间基准，导致重构电流波形相对于电机实际电流波形出现偏移和畸变。电流变化率越大，该误差越显著。

6、在实际pwm调制过程中，为了在pwm周期内形成满足单电流传感器采样要求的有效矢量作用区间，调制算法可能对零矢量的分布方式、开关矢量的排列顺序或局部矢量的作用时间进行调整。这些调整会在pwm周期内部引起较明显的高频电流波动（纹波）。采样操作直接对这种叠加了高频纹波的电流进行锁存，纹波成分随之进入重构运算，使重构电流偏离电机电流的实际基波值，进一步增大了重构误差。

7、上述两方面因素的共同作用，使六相重构电流偏离电机实际电流。这种带有误差的六相电流经坐标变换后送入电流闭环控制系统，使电流环反馈值与实际值之间存在偏差，导致电流环控制精度下降，进而影响转矩输出精度和转速稳态精度，限制系统在高性能驱动场合的运行品质。

技术实现思路

1、针对现有重构出的六相电流存在较大误差，导致电流闭环控制精度低，影响电机驱动系统的动静态性能的问题，本发明提供一种基于电压偏移的双三相永磁同步电机相电流重构误差补偿方法。

2、本发明的一种基于电压偏移的双三相永磁同步电机相电流重构误差补偿方法，包括：

3、获取当前pwm开关周期内单电流传感器在多个采样时刻的原始采样电流，并以其中一个采样时刻为基准采样时刻，以其余采样时刻为待补偿采样时刻；以所述基准采样时刻为起点、各待补偿采样时刻为终点确定各累计补偿区间；

4、获取各累计补偿区间的区间平均电压以及所述pwm开关周期的周期平均电压，将每一累计补偿区间的区间平均电压与所述周期平均电压作差，获得各累计补偿区间内两套绕组各自的电压偏移量；

5、根据各累计补偿区间内的所述电压偏移量以及两套绕组之间的耦合电感矩阵，获得各待补偿采样时刻的采样电流补偿量；

6、利用所述采样电流补偿量对各待补偿采样时刻的所述原始采样电流进行补偿，获得补偿至所述基准采样时刻的各采样量；

7、利用补偿后的各采样量重构获得所述基准采样时刻的六相电流；

8、根据重构的六相电流产生下一pwm开关周期的逆变器控制信号。

9、作为优选，所述根据各累计补偿区间内的所述电压偏移量以及两套绕组之间的耦合电感矩阵，获得各待补偿采样时刻的采样电流补偿量的方法，包括：

10、根据各累计补偿区间内的所述电压偏移量以及所述耦合电感矩阵，求解获得各累计补偿区间的六相电流纹波斜率；

11、根据所述六相电流纹波斜率获得各待补偿采样时刻相对于所述基准采样时刻的六相电流纹波累积量；

12、根据对应累计补偿区间的六相电流纹波累积量，获得各待补偿采样时刻的采样电流补偿量。

13、作为优选，根据对应累计补偿区间的六相电流纹波累积量，获得各待补偿采样时刻的采样电流补偿量的方法，包括：

14、根据当前pwm开关周期内逆变器的开关状态，确定当前重构区域；

15、根据所述当前重构区域查询预设对应关系，获得每个采样时刻对应的组合系数向量；

16、所述组合系数向量为1×6行向量，其六个元素依次对应abc绕组的a相、b相、c相和xyz绕组的x相、y相、z相电流的系数，取值为+1、-1或0；

17、各待补偿采样时刻的采样电流补偿量为：

18、

19、其中，为六相电流纹波累积量向量。

20、作为优选，根据所述当前重构区域查询预设对应关系为：

21、为基准采样时刻，为待补偿采样时刻，为pwm开关周期；两套绕组空间移相；

22、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,0,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,0,0,0,1]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,0,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,0,0,1,0]；

23、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,0,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,1,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,0,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,0,1]；

24、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0,0,1,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,-1,0,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,0,0,1,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,0,0]；

25、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,1,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0,-1,-1,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,0,1,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0,0,1,0]；

26、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,-1,0,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0,-1,-1,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,-1,0,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0,0,1,0]；

27、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0,1,0,-1,0,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,1,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,-1,0,0]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,0,1]；

28、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[-1,0,0-1,-1,0]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,-1,0,0]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,0,0,0,1]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0,0,1,0,0,0]；

29、当重构区域为时，基准采样时刻的组合系数向量为[0, 0, 1, 0, 0, 1]，第一个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0, 0, 0, 0, 0, 1]，第二个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0, 1, 0, 0, 0, 1]，第三个待补偿采样时刻的组合系数向量为[0, 0, 0, 0,1, 0]。

30、作为优选，根据对应累计补偿区间的六相电流纹波累积量，获得各待补偿采样时刻的采样电流补偿量的方法，包括：

31、为基准采样时刻，为待补偿采样时刻，为pwm开关周期；两套绕组空间移相；根据当前重构区域查询预设补偿关系得到各待补偿采样时刻的采样电流补偿量，所述预设补偿关系为：

32、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

33、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

34、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

35、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

36、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

37、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

38、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

39、当重构区域为时，第一个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第二个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为，第三个待补偿采样时刻的采样电流补偿量为；

40、表示第个累计补偿区间内相电流的纹波累积量，，分别对应第一个、第二个、第三个累计补偿区间。

41、作为优选，利用补偿后的各采样量重构获得六相电流：

42、根据当前pwm开关周期内逆变器的开关状态确定当前重构区域，根据所述当前重构区域查询预设重构关系，将补偿后的各采样量代入所述预设重构关系，解算获得所述基准采样时刻的六相电流值；

43、为基准采样时刻，为待补偿采样时刻，为pwm开关周期；两套绕组空间移相；

44、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、、；

45、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

46、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

47、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

48、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

49、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

50、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、、；

51、当重构区域为时，所述基准采样时刻的六相电流值分别为、、、、；

52、其中，为基准采样时刻的采样量，、、分别对应三个累计补偿区间补偿至所述基准采样时刻的各采样量。

53、作为优选，根据重构的六相电流产生下一pwm开关周期的逆变器控制信号的方法，包括：

54、将重构获得的六相电流中第一套绕组的三相电流和第二套绕组的三相电流分别经clarke变换和park变换，获得两套绕组的d轴和q轴反馈电流；

55、将所述d轴和q轴反馈电流分别与对应的电流给定值进行比较，经电流调节器产生下一pwmpwm开关周期的参考电压指令，由pwm调制模块生成下一pwmpwm开关周期的逆变器开关信号。

56、本发明的有益效果，本发明根据单电流传感器的采样电流实际采样时刻及其相对于pwm开关周期起始时刻的电流变化量，将分时采样量统一补偿至基准采样时刻，使参与六相电流重构的采样量具有一致的物理时间基准，提高六相重构电流的时间一致性；区别于现有面向传统三相永磁同步电机并直接采用电机模型的斜率补偿方案，本发明利用累计补偿区间平均电压与pwm周期平均电压之差计算电压偏移量，并通过包含两套绕组自感和互感的耦合电感矩阵将斜率计算扩展至双三相系统，不需要定子电阻、反电动势、转子位置、转速和永磁体磁链作为补偿输入，降低参数和状态量依赖并计及两套绕组间互感耦合；本发明针对开关矢量排列、局部作用时间及零矢量调整产生或加剧的pwm周期内高频电流纹波，提取高频电压偏移量并计算纹波累积量，减小或消除高频纹波在分时采样过程中引起的六相电流重构误差。