考虑磁编码器精度的电机位置检测方法

邓智城　王鹏飞　刘慧明

矢量控制算法和SVPWM已经被广泛运用于大多数的伺服系统。但是在实际实现算法的过程电压源逆变器需要死时间来防止短路，从而导致定子磁通矢量的偏移，当从编码器提供的机械角度推导出电角度时，可能会进一步导致误差。本文研究了死区效应的影响，提出了一种导出定子机械与电角关系的方法，并对改进前后的性能进行了分析。该方法在主要输出电压幅值较低、负载轻的情况下有效。

1 简介

对于驱动永磁同步电动机，准确检测气隙磁场的位置是非常重要的。一般来说，我们认为转子磁场的位置相当于气隙磁场的位置，特别是当定子电流相对较小时。只有通过准确检测转子位置和电角度，才能正确地实现park变换。如果转子位置检测不准确，将无法在d- q轴上正确获得电流，这可能使电流环的精度降低。摘要利用空时效应的联合作用，逆变器的输出电压矢量往往会偏离根据SVPWM算法合成的定子磁场矢量的方向和大小，这可能会引起转矩脉动，特别是当电机低速运行时。本文试图通过测量每个磁编码器返回值的机械角度所对应的电位角来建立数据表，以提高SVPWM的性能和电流检测以减少转矩波动。

2 死区效应简介

死区效应已得到充分研究。由于开关设备总是有一个有限的开关时间，所以在计算PWM门控信号时应该考虑到死时间，以防止同一条桥上的两个开关设备短路。然而，虽然死区时间很短，但当逆变器的输出电压也很小的时候，与实际驱动时间相比，死区时间不能被忽略。

2.1 死区效应在一相桥臂上的作用

通过分析PWM逆变器的单相死区效应，我们可以将结果扩展到所有三相桥臂上。在死区时间Td，两种开关元器件在一个阶段的桥臂都不导通，因为电感的作用，电流不能突然中断，它会产生额外电压，直到开关元件中的体二极体被直接偏置，并允许续流电流流过。如果当前的极性是正的，即电流从逆变器进入电机时，下桥MOS上的体二极管将会导通。失真电压可以用以下公式表示。

否则，上桥上的二极管就会导电。

可以看出，输出电压的偏差取决于a相电流的方向，输出电压的偏差取决于a相电流的方向。

2.2 三相上的死区作用

由于三相拓扑结构的对称性，并且假设所有三脚上的开关设备都是相同的。所以在B和C相的死区效应和它在A相中的作用是一样的。

2.3 死区补偿

死区效应可以被看作是在理想的电压输出上叠加一个电压偏差。最直接的补偿方法是产生相反的电压输出。因此实际输出可以近似参考输出。三相补偿电压可以用下列公式表示。

2.4 死区补偿的局限性

上面提到的补偿方法假设每相的电流不变。然而，当轻载时，每相的电流都很小，可能无法保持二极管在死区时间内导通。这可能会在运行时带来额外的误差。

3 在运用死区补偿的基础上更加检测逆变器实际给出的电压矢量的方法

通过实验发现，机械角度和电角度之间的关系不是严格线性的，大致可以看成是6部分。因为如果负载是轻的，那么三个相中的一个的电流的极性是不稳定的，所以死时效应的补偿可能是大的或太小的，特别是当电流的极性要改变的时候。根据这一现象，我们可以在不同的负载情况下进行相同的测试，并检查机械角度与电角度之间的关系。我们收集數据，做一个表格，最后发现它的改进。我们发现速度波动变得小得多。

4 结论

本文提出了一种提高检测电角度的准确度的方法。通过使用该方法，我们可以在应用SVPWM算法时提高性能，因为提供了更精确的磁场位置。

（作者单位：东北大学信息科学与工程学院）