PDF《1. 简介》

3 图2. (A) 由开关电压源逆变器驱动的3相电机的相位电流.(B) 描述电流纹 波如何通过采样衰减的放大版相位电流. 出于控制目的,必须消除开关分量,否则会影响电流控制环路 的性能.提取平均分量的常用方法是对与PWM周期同步的电流 进行采样.在PWM周期的开始和中间部分,电流取平均值,如 果采样与这些实例紧密同步,则可有效抑制开关分量,如图2B 所示.但是,如果对电流进行采样时存在时序误差,则将出现 混叠,从而导致电流环路的性能下降.本部分讨论时序误差的 成因、对电流环路的影响,以及如何使系统的稳定性能够应对 采样时序误差. 3.1 电机驱动器中的采样时序误差 相位电流的基波分量通常在数十Hz范围内,电流环路的带宽通 常在数kHz范围内,而很小的时序误差也可能影响控制性能,这 似乎违反常理.然而,由于限制di/dt的只有相电感,即使很小 的时序误差也可能导致显著的电流失真.例如,在5 mH电感两端 持续1 μs的250 V电压将导致电流变化50 mA.此外,假设系统采 用的是满量程为10 A的12位ADC,则时序误差将导致ADC的低4.3 位丢失.如后续部分所示,丢失位是最佳情形.混叠也可能导 致反馈系统中出现扭矩纹波和增益误差. 错误采样时刻的最常见原因为: X PWM和ADC之间的链路不足,无法在正确的时间采样. X 缺少足够的独立同步采样保持电路(两条还是三条取决于被测 相位的数目). X 栅极驱动信号传播延迟,导致电机电压与PWM定时器反相. 一般而言,错误采样时刻的严重程度由可能影响di/dt的因素确 定.当然,时序误差的大小也很重要,但是电机速度、负载、 电机阻抗和直流总线电压也会对误差产生直接影响. 3.2 采样误差对系统性能的影响 使用推导公式可确定采样误差的影响.对于2相电流测量,假设 ia在理想时刻(iae = 0)进行采样,ib在延迟情况下进行采样,导致 ibe ≠ 0.在这种情况下,公式9定义的误差项为: 对于3相电流测量,假设ia和ic在理想时刻(iae = ice = 0)进行采样,ib 在延迟情况下进行采样(ibe ≠ 0).在这种情况下,公式12定义的误 差项为: 从公式13和14可推出一些有趣的结论.首先,Clarke/Park变换得 到测量误差的方式不同: 所以,如果反馈系统在一相电流测量上有延迟,则对有两条通 道的驱动器的影响将比对有三条通道的系统的影响大1.73倍. 利用公式13和14,还可确定测量延迟对电机扭矩的影响.对 于此分析,假定在向电机端子(V000或V111)施加零电压时对 相位电流进行采样,并且在此期间,唯一的电压驱动di/dt为BEMF.对于正弦BEMF,di/dt也将符合正弦函数――即BEMF过 零时di/dt = 0,BEMF达到峰值时di/dt达到最大.现在,如果在相 对于理想采样时刻的固定延迟下对相位电流采样,则误差为正 弦型: 其中,x = a、b、c,φ为相对于dq参考系的相位角.使用公式 13的ide作为示例: 项cos (C φ)为失调,而cos(2 θ C φ)为在两倍基波频率处振荡的交流 分量.dq电流中包含这些分量,因此电机扭矩将具有类似的分 量.另外需注意,对于三相电流测量,dq参考系的选定方向φ = Cπ,这意味着失调项为零.即三条通道均无增益误差.图3描述 了两个和三个传感器型系统之间的不同. Time (ms) Phase Current (A) 5.2 4.8 5.0 4.4 4.6 3.6 3.8 4.0 4.2 3.4

6 6.05 6.1 6.15 6.2 6.25 6.3 Phase Current Average Phase Current Ideal Sampling Instant A B Time (ms) Phase Currents (A)