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[讨论] 电机闭环矢量控制,逆变器输出死区补偿是否必要?如何做效果更好?

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发表于 2011-4-7 22:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
异步电机V/F开环控制时,在低速下运行考虑到IGBT死区时间造成的电压损失,一般需要加电压补偿以使电流更加正弦。
有一个疑问:永磁同步电机,采用速度电流双闭环的矢量控制方法,是否有必要加电压补偿?附流程图

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发表于 2011-4-8 08:33 | 显示全部楼层
应该也要加的 因为死区损耗和其他影响 应该不会因电机变化而不同
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 楼主| 发表于 2011-4-11 05:51 | 显示全部楼层
个人感觉是,基于电流闭环的矢量控制,它的控制对象是电流,控制目的是使Id和Iq满足给定的期望值;而电压Vd,Vq是通过PI生成的,其中已经包含了由于死区损耗而需要补偿的电压,所以在低速时不需要加电压补偿。通过实验也证实,不加电压补偿仍然能得到正弦电流,加了补偿反而会出现电压断续。不知道这样的想法是否合理?望高人给予指点。
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发表于 2011-4-11 08:15 | 显示全部楼层
我也和你一样的想法 实验也验证用PI调节效果是不错的 但是始终有个担心 为了弥补死去的损失 所以PI的期望肯定会被放大 此时会不会有问题
而且 PI的控制属于反馈 毕竟不如直接加入前馈补偿来得快 不知道瞬态响应怎么样 因为设备限制 还没机会测试 不知道楼主试过没

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发表于 2011-4-11 08:18 | 显示全部楼层
如图,当A1 关断而A2 尚未导通时,由于感性负载的续流,输出电流i通过续流二极管进行续流。当i <0 时,A1 导通,电流由电机流向变频器;当i > 0 时,A2 导通,电流由变频器流入电机。连续多个周期内死区效应的累积作用,将使电机的输出电压受到很大影响。输出电压波形发生的畸变如图。
因此我认为由于死区效应的存在,应该进行死区补偿处理,如电压反馈补偿法,脉冲技术补偿法等,有很多相关技术论文参考

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发表于 2011-4-11 13:01 | 显示全部楼层
电流调节可以补偿死区的效应,但是电流检测很多情况下,存在带宽限制。另外电流的调节速度也影响,以及电流是个延时(或一阶)环节,造成了死区效应不可能完全补偿。所以有时候死死补偿是有必要的。
  你可以测试低速,相电阻大,电感小的电机做实验,尤其是PWM频率较高时。

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 楼主| 发表于 2011-4-11 16:55 | 显示全部楼层
我也和你一样的想法 实验也验证用PI调节效果是不错的 但是始终有个担心 为了弥补死去的损失 所以PI的期望肯 ...
lbz0123 发表于 2011-4-11 08:15


终于找到支持了,你说的很有道理~我试过在设备上加前馈死区补偿电压,但对于施加的方法仍存有疑惑。文献上一般根据死区时间、PWM周期时间和母线电压来决定补偿幅值的大小,由电流矢量的方向来判断正负,这对开环V/F控制显然是有效的,但对闭环控制,我的实验结果却不佳,电压在电流过零点时刻出现跳变,造成电流突变,影响运行平顺性。不知道闭环时的电压补偿应该怎么加才好?
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发表于 2011-4-12 08:11 | 显示全部楼层
根据你的现象 我觉得死去的影响仍然存在 补偿的效果没有体现出来
我没有实际做过 但考虑的时候觉得有以下两个难点
1、正负的判断依据是电流矢量 而已知转子位置 的确可以推到电流角度 但是准确性不一定好 尤其是重载情况下
2、补偿的大小 的确可以根据你说的方法计算出来 但是一来计算繁琐 二来实际的死区时间未必就是芯片输出的那个
这两个也是死去补偿不好做的地方 一般论文里只是说一些很空的东西 实际指导性的不多 不知道你有好资料没 学校里面如果能登IEEE的话 不妨找找外文资料
加入的方法 我觉得加在电流环输出的地方比较好 不然容易变成扰动量

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发表于 2011-4-12 08:36 | 显示全部楼层
如果像你的系统框图画的那样,采用无速度传感器(速度辨识)的话,死区、和管压降在低速时的影响会比较大;
如果是有速度传感器话,通过PI调节器调节,影响应该不是特别大;

PI调节器的控制量是电流,说到底,控制电机是控制电流,死区的作用相当于:电压指令值-死区电压
如果PI调节器的动态响应做够好,调节能力足够强,电流控制住了,考虑死区就没有意义了!

补偿的话,以前看过几篇IEEE的论文呢,确实比较麻烦,尤其是多电平;
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发表于 2011-4-12 08:56 | 显示全部楼层
从另一方面看,死区不补偿的话:
1)速度比较低,占空比很小时,死区的存在会严重影响动态响应,使低速特性恶化
2)会降低母线电压利用率,影响系统能达到的最高速度
3)“如果PI调节器的动态响应做够好,调节能力足够强,电流控制住了,考虑死区就没有意义了!”,电流环PI调节是依靠电压输出强迫电流跟踪给定的,想要达到很好的动态特性的前提是有足够的电压裕量,而死区的存在恰恰是对电压裕量的侵蚀~~
4)增大电流谐波
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发表于 2011-4-12 09:07 | 显示全部楼层
楼上说的有理
电压裕量我没考虑,实验室用的是调压器升压后整流的
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发表于 2011-4-12 09:59 | 显示全部楼层
恩 有人做过瞬态响应的分析吗
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 楼主| 发表于 2011-4-12 17:25 | 显示全部楼层
回复 10# roccy

死区效应对母线电压利用率的侵蚀是不可避免的,补偿只改变了电压输出的给定值,无法根本解决电压利用率降低的问题。可不可以这么说,依靠PI本身的电流跟踪能力就能够满足对死区电压的补偿,但加入了前馈死区电压补偿后,和加入前馈耦合电压一个道理,提高了电压的调节速度,使得系统动态响应有所提高?
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 楼主| 发表于 2011-4-12 17:29 | 显示全部楼层
回复 8# lbz0123

电流正负的判断是一个问题,当瞬态变化时电流变化快,相位角就不怎么好判断,过零点也比较模糊。有文献提出根据电压矢量相位减去过一个低通滤波器之后的功率因数角,我觉得这个方法靠谱,准备去试一下。至于补偿的大小各种文献都有不同的值,没有一个统一的说法,看来只好自己去试了才知道:)
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发表于 2011-4-12 17:58 | 显示全部楼层
回复  lbz0123

电流正负的判断是一个问题,当瞬态变化时电流变化快,相位角就不怎么好判断,过零点也比 ...
wzh2718 发表于 2011-4-12 17:29

这的确是个好办法 只要功率因数角能够比较准
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 楼主| 发表于 2011-4-12 21:07 | 显示全部楼层
本帖最后由 wzh2718 于 2011-4-12 21:09 编辑

刚去试了一下,把死区时间调到比较大的值,可以看出过电流零点以及峰值附近的波形畸变。根据三相电流的正负分别施加前馈补偿电压Ucmp= ±Vdc*Td/Ts


补偿前:

补偿后:

取了其中一相的波形,上半幅为电压,下半幅为电流,另两相类似。
结果很悲剧啊~不补偿还好,一补偿波形完全变样,求高人指点啊

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发表于 2011-4-13 08:08 | 显示全部楼层
从你补偿前的波形看 怎么感觉不补也还好吧
看起来像是补得不太恰当 楼主可以注意下随角度变化补偿量的切换 就是补正 补负
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[LV.3]偶尔看看III

发表于 2011-4-13 09:08 | 显示全部楼层
是根据反馈电流的正负来补偿的吗?电流正负检测准确吗?如果电流跟随快,试试根据给定电流的正负来补偿呢?
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发表于 2011-4-13 11:44 | 显示全部楼层
死区补偿能抑制零电流箝位效应,但从死区效应的机理来看如5楼所述,该不该补偿是存在一个区域的。
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 楼主| 发表于 2011-4-13 16:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 wzh2718 于 2011-4-13 16:37 编辑

回复 18# archdevil

是根据反馈电流补偿的,实测和给定的差别很小,正常运行时系统动态性能很好。对于每一相,当电流为正时输出电压偏小补偿正值,电流为负时输出电压偏大补偿负值。电流相位的检测没有问题,可以从第二幅图中的竖线看出来,正好是电流过零点给的电压跳变。
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