考慮磁編碼器精度的電機位置檢測方法

鄧智城　王鵬飛　劉慧明

矢量控制算法和SVPWM已經被廣泛運用于大多數的伺服系統。但是在實際實現算法的過程電壓源逆變器需要死時間來防止短路，從而導致定子磁通矢量的偏移，當從編碼器提供的機械角度推導出電角度時，可能會進一步導致誤差。本文研究了死區效應的影響，提出了一種導出定子機械與電角關系的方法，并對改進前后的性能進行了分析。該方法在主要輸出電壓幅值較低、負載輕的情況下有效。

1 簡介

對于驅動永磁同步電動機，準確檢測氣隙磁場的位置是非常重要的。一般來說，我們認為轉子磁場的位置相當于氣隙磁場的位置，特別是當定子電流相對較小時。只有通過準確檢測轉子位置和電角度，才能正確地實現park變換。如果轉子位置檢測不準確，將無法在d- q軸上正確獲得電流，這可能使電流環的精度降低。摘要利用空時效應的聯合作用，逆變器的輸出電壓矢量往往會偏離根據SVPWM算法合成的定子磁場矢量的方向和大小，這可能會引起轉矩脈動，特別是當電機低速運行時。本文試圖通過測量每個磁編碼器返回值的機械角度所對應的電位角來建立數據表，以提高SVPWM的性能和電流檢測以減少轉矩波動。

2 死區效應簡介

死區效應已得到充分研究。由于開關設備總是有一個有限的開關時間，所以在計算PWM門控信號時應該考慮到死時間，以防止同一條橋上的兩個開關設備短路。然而，雖然死區時間很短，但當逆變器的輸出電壓也很小的時候，與實際驅動時間相比，死區時間不能被忽略。

2.1 死區效應在一相橋臂上的作用

通過分析PWM逆變器的單相死區效應，我們可以將結果擴展到所有三相橋臂上。在死區時間Td，兩種開關元器件在一個階段的橋臂都不導通，因為電感的作用，電流不能突然中斷，它會產生額外電壓，直到開關元件中的體二極體被直接偏置，并允許續流電流流過。如果當前的極性是正的，即電流從逆變器進入電機時，下橋MOS上的體二極管將會導通。失真電壓可以用以下公式表示。

否則，上橋上的二極管就會導電。

可以看出，輸出電壓的偏差取決于a相電流的方向，輸出電壓的偏差取決于a相電流的方向。

2.2 三相上的死區作用

由于三相拓撲結構的對稱性，并且假設所有三腳上的開關設備都是相同的。所以在B和C相的死區效應和它在A相中的作用是一樣的。

2.3 死區補償

死區效應可以被看作是在理想的電壓輸出上疊加一個電壓偏差。最直接的補償方法是產生相反的電壓輸出。因此實際輸出可以近似參考輸出。三相補償電壓可以用下列公式表示。

2.4 死區補償的局限性

上面提到的補償方法假設每相的電流不變。然而，當輕載時，每相的電流都很小，可能無法保持二極管在死區時間內導通。這可能會在運行時帶來額外的誤差。

3 在運用死區補償的基礎上更加檢測逆變器實際給出的電壓矢量的方法

通過實驗發現，機械角度和電角度之間的關系不是嚴格線性的，大致可以看成是6部分。因為如果負載是輕的，那么三個相中的一個的電流的極性是不穩定的，所以死時效應的補償可能是大的或太小的，特別是當電流的極性要改變的時候。根據這一現象，我們可以在不同的負載情況下進行相同的測試，并檢查機械角度與電角度之間的關系。我們收集數據，做一個表格，最后發現它的改進。我們發現速度波動變得小得多。

4 結論

本文提出了一種提高檢測電角度的準確度的方法。通過使用該方法，我們可以在應用SVPWM算法時提高性能，因為提供了更精確的磁場位置。

（作者單位：東北大學信息科學與工程學院）