CN112398394A - 一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，首先获得永磁同步电机的转子位置角，将转子位置角加上角度90°，得到稳态时电流矢量角度；然后根据确定电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，对α‑β坐标轴系中的参考电压矢量进行补偿，进而完成对死区力矩的补偿；并且，可以结合FPGA控制***的并行执行能力和快速计算技术实现对多电机的死区力矩快速补偿，通过在线自动检测死区阈值、存储和优化，实现补偿过程中的在线自动检测，实时性好，控制速度快，有效降低电机在低速轻载时由逆变器的死区效应产生的电压电流畸变，达到改善伺服***低速运行性能的目的，满足多电机死区的快速补偿应用，具有更广泛的实际应用及推广价值。

Description

一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机低速运行控制领域，具体涉及一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法。
背景技术
永磁同步电机伺服***的定位精度很大程度上依赖于***的低速性能，是衡量伺服***的一个重要指标，优良的低速性能可以拓宽电机的调速范围，使***的抗负载扰动能力得到提高，满足伺服***中要求电机低速运行的场合。
在用于永磁同步电机矢量控制的三相桥逆变器中，功率开关器件存在固有的开通时间和关断时间，一般开通时间小于关断时间，如果按照器件的理想情况开通和关断管子，容易发生同相桥臂上下两个互补的开关管同时导通的情况，造成直通短路现象。为了防止这种情况的发生，一般控制***中，当关断一只上下两个互补的开关管后，再经过一段延时时间才使另外一只管子导通，此段延时时间叫做死区时间。在专用的电机控制芯片中设计特定的可用于控制死区时间大小的寄存器，所以死区时间是三相桥逆变器设计中不可以忽略的一个环节。
由于开关管的开通、关断的延时，死区时间的存在，会使逆变器的不能输出理想分析情况下的电压，往往输出的电压会产生非线性畸变、含有较多的谐波分量，进而引发电流波形发生畸变，产生转矩脉动等死区效应，这种影响在电机低速轻载运行时表现尤其突出，严重影响了永磁同步电机伺服***的低速运行性能。
发明内容
本发明提出一种采用死区补偿的方法来优化永磁同步电机低速轻载时三相电流的正弦程度，基于转子位置角检测进行低速死区补偿，提高电机的低速运转性能，降低转矩脉动。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，包括以下步骤：
步骤A、首先获得永磁同步电机的转子位置角，将转子位置角加上角度90°，得到稳态时电流矢量角；
步骤B、确定电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系，对α-β坐标轴系中的参考电压矢量进行补偿，进而完成对死区力矩的补偿。
进一步的，所述步骤A中，利用电流矢量角判断三相电流的极性，并得到误差电压：
(1)设电流极性以流向负载为正，逻辑为1，反之为负，逻辑为0；根据电流极性，得到三相误差电压ΔUan、ΔUbn、ΔUcn，且ΔUan+ΔUbn+ΔUcn＝0，按照相电压幅值变化相等原则，|ΔUan|＝|ΔUbn|＝|ΔUcn|＝ΔV，误差电压矢量幅值为
Figure BDA0002746424050000021
Udc为母线电压值，Ter为误差时间，随着电流极性的不同，每相电机绕组畸变产生误差电压的幅值相同，但矢量方向不同；
(2)通过分析得到三相逆变器的畸变相电压为六阶梯波，电流极性依次为：101-100-110-010-011-001。
进一步的，所述步骤B中，根据利用电流矢量角得到的三相电流的极性，得到一个与该时刻的误差电压矢量大小相等方向相反的补偿电压矢量，以抵消误差电压矢量，得到电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系，设补偿误差电压为Vαcom和Vβcom，则有：
电流矢量角：(-30°，30°]；电流极性ABC相：100；Vαcom为ΔV；Vβcom为0；
电流矢量角：(30°，90°]；电流极性ABC相：110；Vαcom为
Figure BDA0002746424050000022
Vβcom为
Figure BDA0002746424050000023
电流矢量角：(90°，150°]；电流极性ABC相：010；Vαcom为
Figure BDA0002746424050000024
Vβcom为
Figure BDA0002746424050000025
电流矢量角：(150°，210°]；电流极性ABC相：011；Vαcom为-ΔV；Vβcom为0；
电流矢量角：(210°，270°]；电流极性ABC相：001；Vαcom为
Figure BDA0002746424050000026
Vβcom为
Figure BDA0002746424050000027
电流矢量角：(270°，330°]；电流极性ABC相：101；Vαcom为
Figure BDA0002746424050000028
Vβcom为
Figure BDA0002746424050000029
进一步的，所述步骤B中，得到电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系时采用以下方式：
(1)设电机三相在静止坐标系O-ABC下的误差电压ΔUan、ΔUbn、ΔUcn，将其转换为两相静止α-β轴坐标系进行补偿，其中，静止坐标系O-ABC与两相静止α-β轴坐标系的原点重合，α轴和三相静止坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90°空间角度；
(2)得到三相静止坐标系到两相静止坐标转换公式：
Figure BDA00027464240500000210
Figure BDA00027464240500000211
其中，VA、VB、VC分别为电机静止ABC坐标系下三相绕组的相电压，Vα、Vβ为Vj矢量在α-β坐标系的投影，进而根据上述转换公式得到电流矢量角与补偿电压分量之间的关系。
进一步的，在对死区力矩进行补偿补偿时，所述步骤A之前还包括步骤A’：死区在线检测的步骤；
步骤A’、死区在线检测，具体包括：
死区的检测通过“尝试+测速”过程完成，速度的检测必须待电机转速稳定后进行，设按照被测电机的机电时间常数为τ，控制信号改变经3τ后认为电机输出转速基本稳定，转速误差不大于5％，因此确定电机的稳定转速检测时刻为t≥3τ：
1)电机开始加电，从0开始逐渐增加电机的控制电压，每增加一个分层值，间隔3τ时间后检测速度是否有变化，如果速度一直为0则逐渐增加电压分层值，直到速度大于0；所述分层值取最大电压的0.1％～1％；
2)控制电压每增加一个分层值，检测速度稳定度是否满足5％要求，如果满足则记录当前电压值并减去理论补偿值，进而得到死区阈值。
进一步的，所述补偿方法基于FPGA***实现多电机同步快速补偿，所述FPGA***包括32个子模块，每个子模块对应一只电机的控制；
所述子模块包括实现电机基本逻辑控制的控制寄存器、死区理论和补偿计算控制模块以及电压矢量补偿计算模块，并通过PWM控制器合并输出至控制电机的逆变器中进行控制，外部的位置/速度传感器通过FPGA的解算电路实现对电机的位置/速度解算，结合采集到的电流，实现对死区补偿参数的实时更新。
进一步的，基于FPGA***实现多电机同步快速补偿时，单只电机的快速补偿方法如下：
(1)***启动，FPGA***加电等待复位完成开始执行补偿程序，并初始化电机控制的各项参数；
(2)判断是否执行初始死区阈值检测；
如果执行初始检测，按照死区在线检测的首次运行方式进行检测阈值差的检测，并记录补偿值，然后读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
如果不进行初次检测，则读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
(3)电机运行过程中，获得永磁同步电机的位置和电流，通过位置计算速度或者读取速度传感器的速度值；
(4)根据取出当前转子位置角，再加上角度90°，得到稳态时电流矢量的角度；
(5)然后根据电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，取出α-β坐标轴系中的两个理论参考电压，加上在线补偿的阈值差，得到最终矢量进行补偿；
(6)执行在线死区补偿计算，通过PID算法更新死区补偿值，优化死区参数；
(7)周而复始运行在线补偿算法，优化死区补偿参数。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案提出的补偿方法首先获得永磁同步电机的转子位置角，再加上角度90°，得到稳态时电流矢量的角度；然后根据电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，对α-β坐标轴系中的两个参考电压矢量进行补偿；使得永磁同步电机在低速运行时，三相电流波形的正弦特性得到明显改善，谐波得到有效抑制，电磁转矩脉动得到减少，电机的低速控制性能和力矩特性得到改善，实现实时优化力矩补偿参数，获得更高性能的补偿效果；
并且，可以结合FPGA控制***的并行执行能力和快速计算技术实现对多电机的死区力矩快速补偿，通过在线自动检测死区阈值、存储和优化，实现补偿过程中的在线自动检测，实时性好，控制速度快，可准确计算补偿电压矢量，伺服性能更好，有效降低电机在低速轻载时由逆变器的死区效应产生的电压电流畸变，造成转矩脉动，转速不稳定的情形，达到了改善伺服***低速运行性能的目的，满足多电机死区的快速补偿应用，具有更广泛的实际应用及推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例永磁同步电机逆变电路与无刷电机等效示意图；
图2为本发明实施例电机A相PWM信号和A相输出端电压示意图；
图3为本发明实施例逆变器A相输出端畸形电压示意图；
图4为本发明实施例电流极性与扇区定义示意图；
图5为本发明实施例三相静止坐标系示意图；
图6为无死区补偿时电机三相电流波形示意图；
图7为增加死区补偿后的电机三相电流波形示意图；
图8为无死区补偿时电机力矩波形示意图；
图9为增加死区补偿后电机力矩波形示意图；
图10为本发明实施例FPGA***模块架构示意图；
图11为本发明实施例所述补偿方法的整体流程示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
本方案根据电机低速转动时对多电机的逆变器死区时间进行快速补偿，并且可以结合FPGA***的并行执行能力和快速计算技术完成多电机的死区力矩快速补偿，实现更广泛的应用，具体的：
一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，基于转子位置角进行死区补偿，具体包括：
步骤A、首先获得永磁同步电机的转子位置角，将转子位置角加上角度90°，得到稳态时电流矢量角度；
步骤B、确定电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，对α-β坐标轴系中的参考电压矢量进行补偿，进而完成对死区力矩的补偿。
为了更好的理解本实施例方案，首先对误差产生原理及低速死区补偿原理的理论进行分析说明：
1、误差电压产生原理：
电压源型逆变器供电给永磁同步电机的主电路及电机等效电路见0所示，永磁同步电机为三相星型连接，中点不引出。图1中，ud为直流母线电压，VT1-VT6为六个功率MOSFET，VD1-VD6为六个反并联在MOSFET上的续流二极管，C为直流母线上的稳压电容，三相绕组星型连接点n为电机中点，g为直流母线电压地，a、b、c分别为电机绕组接点。
以单相桥臂分析以A相输出电压为例，规定电流极性以流向负载为正(逻辑1)，反之为负(逻辑0)。设定功率开关器件为高电平触发有效，图2中的(a)和(b)为上下桥臂开关管理想触发信号，图2中的(c)和(d)为考虑器件的开通关断时间和死区时间后的触发信号，图2中的(e)为A相输出端电压的波形。图2中阴影部分为两个开关管都关断的时间，其与一般设定的死区时间有差别，定义其为误差时间。本实施中，用VA、VB、VC分别表示电机静止ABC坐标系下三相绕组的相电压，称相电流对应的分别为ia，ib，ic，在误差时间内，当电机A相的相电流ia为正时，电流经过下桥臂二极管VD2续流，输出的端电压为UAO＝-UDC/2；当ia为负时，电流经过上桥臂二极管VD1续流，输出的端电压为UAO＝UDC/2。
通过图2可以得出：考虑器件的开通、关断时间，死区时间时，逆变器的输出端电压与理想情况下的输出电压会有一定的差别，图2中虚线之间的距离为理想情况下输出端电压的脉宽，通过上述分析可以得出实际输出端电压脉宽的改变与负载电流极性有关。
1)当电流ia为正时，(e)中阴影部分为低电平，此时输出端电压的负脉冲宽度减少，即(c)对(a)波形，减少的时间为：
Ter＝Td+Ton-Toff
2)当电流ia为负时，(e)中阴影部分为高电平，此时输出端电压的正脉冲宽度增加，增加的时间为：
T'er＝Td+Ton-Toff＝Ter
式中，Ter为误差时间，Td为实际设定的死区延迟时间，Ton为功率开关管导通时间，Toff为功率开关管关断时间，T为一个控制周期。
可见输出端电压正脉冲的宽度在一个周期时间内只增加或者减少一个误差时间Ter，产生的误差电压与负载电流的极性有关，可以得到误差时间对一相输出端电压影响的表达式：
Figure BDA0002746424050000061
ΔUa为误差电压的值，Udc为母线电压值，则实际输出电压值：
1)当电流ia为正时：
Figure BDA0002746424050000062
2)当电流ia为负时：
Figure BDA0002746424050000063
Figure BDA0002746424050000064
为理论输出值，Ua为实际输出值，扩展到三相逆变器中得出：
ΔUa＝ΔUan+ΔUno
ΔUb＝ΔUbn+ΔUno
ΔUc＝ΔUcn+ΔUno
上式中的ΔUa、ΔUb、ΔUc分别为三相输出端畸变电压对直流电源中性点O的参考电压，ΔUan、ΔUbn、ΔUcn为三相畸变相电压，ΔUno为电机中性点N对直流电源中性点O的电位。对于对称三相负载有：
ΔUan+ΔUbn+ΔUcn＝0
得出三相逆变器的A相畸变相电压为：
Figure BDA0002746424050000065
从以上可以推导出各物理量的波形如图3所示，三相逆变器的畸变相电压为六阶梯波，电流极性依次为：101-100-110-010-011-001。
三相电机各个绕组控制方式一致，按照相电压幅值变化相等原则，|ΔUan|＝|ΔUbn|＝|ΔUcn|＝ΔV，误差电压矢量幅值为
Figure BDA0002746424050000066
电机旋转的过程中，随着电流极性的不同，每相电机绕组畸变产生误差电压的幅值相同，但是矢量方向不同。2、低速死区补偿理论分析：
本方案采用的方法包括检测转子位置角并获得理论补偿值，该方法是利用在基于转子磁场定向的矢量控制***中，用电流矢量角来判断三相电流的极性，产生一个与该时刻的误差电压矢量大小相等方向相反的补偿电压矢量，即可达到抵消误差电压矢量的目的，有效的抑制死区效应带来的影响。
设两相静止α-β坐标系与dq坐标系的夹角为θ，id和iq分别代表dq坐标系下的电流分量，在基于id＝0转子磁场定向的永磁同步电机矢量控制***中，当***达到稳态时，id在零附近，iq>0有效输出，电流矢量可认为就是iq，转子位置角再逆时针加上90°即可得到三相电流合成矢量的角度θ，由此得出电流极性，如图4所示。
在电机三相静止坐标系下的误差电压ΔUan、ΔUbn、ΔUcn要转换为两相静止α-β轴系才能在软件中进行补偿，它的α轴和三相静止坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90°空间角度，如图5所示，图5中Vα、Vβ为Vj矢量在α-β坐标系的投影。
三相静止坐标系到两相的坐标转换公式如下：
Figure BDA0002746424050000071
Figure BDA0002746424050000072
其中，VA、VB、VC分别为电机静止ABC坐标系下三相绕组的相电压，Vα、Vβ为Vj矢量在α-β坐标系的投影。
根据电流极性，将误差电压转换为α-β坐标系下投影6个扇区的投影，设定补偿误差电压为Vαcom和Vβcom，见表1所示。
表1电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系
Figure BDA0002746424050000073
通过以上原理分析，可以对本方案的实施原理有更深刻的理解和把握，具体实施时，在对死区力矩进行补偿时，需要先对死区进行检测，即在步骤A之前还包括步骤A’、死区在线检测，即：
步骤A’：死区在线检测的实现策略
电机伺服***首次运行或者需要在线实时检测死区补偿值时，由于电机自身参数未知，控制死区阈值电压未知，故需完成控制死区的在线检测。本实施例中，死区的检测通过“尝试+测速”过程完成，速度的检测必须待电机转速稳定后进行，设按照被测电机的机电时间常数为τ，控制信号改变经3τ后认为电机输出转速基本稳定(转速误差不大于5％)，因此确定电机的稳定转速检测时刻为t≥3τ：
1)电机开始加电，从0开始逐渐增加电机的控制电压，每增加一个分层值(一般取最大电压的0.1％～1％)，间隔3τ时间后检测速度是否有变化，如果速度一直为0则逐渐增加电压分层值，直到速度大于0；
2)控制电压每增加一个分层值，检测速度稳定度是否满足5％要求，如果满足则记录当前电压值并减去理论补偿值，得到补偿阈值差dU(x)(其中x代表所在扇区，分为dU1～dU6)，电机运行360°可获得6个扇区对应的死区阈值；
另外，本实施例所提出的补偿方法可借助于FPGA***实现多电机同步快速补偿：
电机运行过程中，根据电流采集一周的最大值构建理论电流正弦表，实时采集死区补偿后的电流波形，并与理论波形进行比较，当采集电流小于理论电流时，增加补偿电压值，反之减小补偿电压值，采用PID算法，从而在理论阈值电压基础上优化补偿阈值。
结合FPGA的高速并行计算特性，可以实现多只电机的并行控制，各电机运行控制独立，FPGA软件架构如图10所示，包括32个子模块，每个子模块对应一只电机的控制，在FPGA内部可实现各电机的独立控制和运行。每个子模块中包括实现电机基本逻辑控制的控制寄存器，死区理论和补偿计算控制模块，实现电压矢量补偿计算，并通过PWM控制器合并输出至控制电机的逆变器中进行控制，外部的位置/速度传感器通过FPGA的解算电路实现对电机的位置/速度解算，结合采集到的电流，实现对死区补偿参数的实时更新。
32只电机可并行运行死区补偿控制策略，进行死区补偿的方法，同样包括以下步骤：
获得永磁同步电机的电流、位置/速度，取出当前转子位置角，再加上角度90°，得到稳态时电流矢量的角度，
然后根据表1中电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，对α-β坐标轴系中的两个参考电压矢量进行补偿，并根据获得的位置/速度通过PID算法在线更新死区补偿差值。
比如，以单只电机的快速实现控制策略为例，如图11所示，包括：
1)***启动，FPGA加电等待复位完成开始执行补偿程序；
2)初始化电机控制的各项参数；
3)判断是否执行初始死区阈值检测；
4)如果执行初始检测，按照死区在线检测的首次运行方式进行检测阈值差dU1～dU6的检测，并记录补偿值，然后读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
5)如果不进行初次检测，则读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
6)电机运行过程中，获得永磁同步电机的位置和电流，通过位置计算速度或者读取速度传感器的速度值；
7)根据取出当前转子位置角，再加上角度90°，得到稳态时电流矢量的角度；
8)然后根据表1中电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，取出α-β坐标轴系中的两个理论参考电压，加上在线补偿的阈值差dU(x)，得到最终矢量进行补偿；
9)执行在线死区补偿计算；
10)通过PID算法更新死区补偿值，优化死区参数；
11)周而复始运行在线补偿算法，优化死区补偿参数。
下面结合具体的模型实验对本发明的效果做进一步说明：
根据上述所述矢量控制原理和死区补偿策略，在Matlab环境下建立了带死区补偿的永磁同步电机矢量控制***。***仿真模型主要包括功率单元和控制单元，功率单元包括直流电源供电模块、永磁同步电机模块；控制单元包括速度电流PI调节模块，坐标变换模块、SVPWM实现模块、位置反馈模块、ADC采集模块以及用内部函数编写的死区补偿控制模块。
设置永磁同步电机在60r/min轻载低速转动条件，按照表1进行误差电压补偿，给出了未加死区补偿和加死区补偿两种情况下，电机三相电流的波形、电磁转矩波形，见图6-图9所示。
可见，经以上试验结果分析得出，未加死区补偿时，电机三相电流出现了畸变，发生了零电位钳位现象，谐波成分含量较高，电磁转矩脉动大；而在增加本方案所提出的死区补偿策略后，三相电流波形得到明显改善，正弦性好，谐波得到抑制，电磁转矩脉动得到减小，电机的低速控制性能得到改善。
综上可知，本发明采用的补偿方法不仅能够实现电机低俗控制性能的有效改善，并且可基于FPGA并行运行***，根据在线死区自动检测、快速计算低速死区补偿值、多电机并行控制技术实现对多电机的低速转动时的死区补偿。该方法利用在电机启动或者在线运行过程实现死区在线自动检测，预存相对角度的力矩补偿值，电机运行过程中根据位置信息提前计算补偿值，并由FPGA实现多组电机的快速补偿技术，在复杂多电机***应用中单只FPGA芯片可实现最多32只电机的力矩同时补偿，提高了电机控制数量，增加伺服***的调速范围，能够满足高精度，高性能复杂伺服***的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、首先获得永磁同步电机的转子位置角，将转子位置角加上角度90°，得到稳态时电流矢量角；
步骤B、确定电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系，对α-β坐标轴系中的参考电压矢量进行补偿，进而完成对死区力矩的补偿。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：所述步骤A中，利用电流矢量角判断三相电流的极性，并得到误差电压：
(1)设电流极性以流向负载为正，逻辑为1，反之为负，逻辑为0；根据电流极性，得到三相误差电压ΔUan、ΔUbn、ΔUcn，且ΔUan+ΔUbn+ΔUcn＝0，按照相电压幅值变化相等原则，|ΔUan|＝|ΔUbn|＝|ΔUcn|＝ΔV，误差电压矢量幅值为
Figure FDA0002746424040000011
Udc为母线电压值，Ter为误差时间，随着电流极性的不同，每相电机绕组畸变产生误差电压的幅值相同，但矢量方向不同；
(2)通过分析得到三相逆变器的畸变相电压为六阶梯波，电流极性依次为：101-100-110-010-011-001。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：所述步骤B中，根据利用电流矢量角得到的三相电流的极性，得到一个与该时刻的误差电压矢量大小相等方向相反的补偿电压矢量，以抵消误差电压矢量，得到电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系，设补偿误差电压为Vαcom和Vβcom，则有：
电流矢量角：(-30°，30°]；电流极性ABC相：100；Vαcom为ΔV；Vβcom为0；
电流矢量角：(30°，90°]；电流极性ABC相：110；Vαcom为
Figure FDA0002746424040000012
Vβcom为
Figure FDA0002746424040000013
电流矢量角：(90°，150°]；电流极性ABC相：010；Vαcom为
Figure FDA0002746424040000014
Vβcom为
Figure FDA0002746424040000015
电流矢量角：(150°，210°]；电流极性ABC相：011；Vαcom为-ΔV；Vβcom为0；
电流矢量角：(210°，270°]；电流极性ABC相：001；Vαcom为
Figure FDA0002746424040000016
Vβcom为
Figure FDA0002746424040000017
电流矢量角：(270°，330°]；电流极性ABC相：101；Vαcom为
Figure FDA0002746424040000018
Vβcom为
Figure FDA0002746424040000019
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：所述步骤B中，得到电流矢量角与补偿电压分量之间的对应关系时采用以下方式：
(1)设电机三相在静止坐标系O-ABC下的误差电压ΔUan、ΔUbn、ΔUcn，将其转换为两相静止α-β轴坐标系进行补偿，其中，静止坐标系O-ABC与两相静止α-β轴坐标系的原点重合，α轴和三相静止坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90°空间角度；
(2)得到三相静止坐标系到两相静止坐标转换公式：
Figure FDA0002746424040000021
Figure FDA0002746424040000022
其中，VA、VB、VC分别为电机静止ABC坐标系下三相绕组的相电压，Vα、Vβ为Vj矢量在α-β坐标系的投影，进而根据上述转换公式得到电流矢量角与补偿电压分量之间的关系。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：在对死区力矩进行补偿补偿时，所述步骤A之前还包括步骤A’：死区在线检测的步骤；
步骤A’、死区在线检测，具体包括：
死区的检测通过“尝试+测速”过程完成，速度的检测必须待电机转速稳定后进行，设按照被测电机的机电时间常数为τ，控制信号改变经3τ后认为电机输出转速基本稳定，转速误差不大于5％，因此确定电机的稳定转速检测时刻为t≥3τ：
1)电机开始加电，从0开始逐渐增加电机的控制电压，每增加一个分层值，间隔3τ时间后检测速度是否有变化，如果速度一直为0则逐渐增加电压分层值，直到速度大于0；所述分层值取最大电压的0.1％～1％；
2)控制电压每增加一个分层值，检测速度稳定度是否满足5％要求，如果满足则记录当前电压值并减去理论补偿值，进而得到死区阈值。
6.根据权利要求3所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：所述补偿方法基于FPGA***实现多电机同步快速补偿，所述FPGA***包括32个子模块，每个子模块对应一只电机的控制；
所述子模块包括实现电机基本逻辑控制的控制寄存器、死区理论和补偿计算控制模块以及电压矢量补偿计算模块，并通过PWM控制器合并输出至控制电机的逆变器中进行控制，外部的位置/速度传感器通过FPGA的解算电路实现对电机的位置/速度解算，结合采集到的电流，实现对死区补偿参数的实时更新。
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法，其特征在于：基于FPGA***实现多电机同步快速补偿时，单只电机的快速补偿方法如下：
(1)***启动，FPGA***加电等待复位完成开始执行补偿程序，并初始化电机控制的各项参数；
(2)判断是否执行初始死区阈值检测；
如果执行初始检测，按照死区在线检测的首次运行方式进行检测阈值差的检测，并记录补偿值，然后读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
如果不进行初次检测，则读取新的补偿值后等待执行电机启动指令；
(3)电机运行过程中，获得永磁同步电机的位置和电流，通过位置计算速度或者读取速度传感器的速度值；
(4)根据取出当前转子位置角，再加上角度90°，得到稳态时电流矢量的角度；
(5)然后根据电流矢量角度与补偿电压分量之间的对应关系，取出α-β坐标轴系中的两个理论参考电压，加上在线补偿的阈值差，得到最终矢量进行补偿；
(6)执行在线死区补偿计算，通过PID算法更新死区补偿值，优化死区参数；
(7)周而复始运行在线补偿算法，优化死区补偿参数。
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