基于dsp的死区效应补偿方法.pdf

第27卷第6期增刊2006年6月仪 器 仪 表 学 报 Chinese Journal of Scientific InstrumentVol. 27 No. 6 June. 2006 基于DSP的死区效应补偿方法姜 瑜 杨振强(大连理工大学电气工程与应用电子技术系 大连 116023)摘 要 分析了死区产生的机理和死区对输出电压、 电流的影响,提出一种基于TMS320LF2407型DSP可编程死区控制功能和传感器特性的新型死区补偿方法该方法软硬件相结合,有效改善了死区时间引起的电流畸变,且实时性高、 计算量小,并通过实验验证了该死区补偿方法的有效性关键词 数字信号处理器 传感器 死区补偿Dead2time compensation method based on DSPJiang Yu Yang Zhenqiang( Electrical and Electronics Engineering Department , Dalian University ofTechnology , Dalian 116023 , China)Abstract The dead2time compensation mechanism and dead2time effect on current and voltage are analyzed. Adead2time compensation method on base of the programmable dead2time control function of TMS320LF2407 andcharacter of sensor is proposed , which realizes the combination of the software and hardware , corrects currentdistortion and proved to be effective by the experiment .Key words DSP sensor dead2time compensation1 引 言近年来国内外学者对死区的补偿进行了大量的研究,提出了许多补偿方案,如运用硬件补偿器根据电流极性测量电压改变的大小对死区进行反馈补偿;直接检测电流过零点进行补偿,或预测电流过零点;基于转子磁场定向的补偿对三相输出电流进行坐标变换,计算电流矢量角进行角度区间的判断来补偿。

但是这些方法都需要较大的硬件成本或者复杂的算法,多数更侧重理论研究本文分析了死区产生的机理和死区对电压、 电流的影响,结合DSP的可编程死区控制功能和传感器特性提出了一中软硬件结合补偿的方法,并通过实验验证了该补偿方法的有效性2 死区效应分析由于电机为感性负载,因此在死区时间里电机电流通过续流二极管续流,造成实际输出电压U和理想输出电压U3之间就存在着误差电压ΔU = U2U3,其宽度等于死区时间Td由于在死区时间内,产生的电压误差完全由电流的方向决定,因而通过相电流方向的检测,增加控制电压变化的相应开关器件的开通时间,即可弥补死区造成的电位丢失因此,当某相电流为正时,应当补偿上桥臂功率开关器件的开通时间;反之,当电流为负时,应当补偿下桥臂功率开关器件的开通时间th(t) =T 2+TM 2sin(ω0t +θ)(1)th(t) =T 2+TM 2sin(ω0t +θ) - sgn(i) Td(2)式中:th(t)为PWM信号高电平时间, T为PWM周期,M为调制系数,sgn(i)为电流极性, Td为死区时间 式(1)为未加入死区时的功率器件导通时间,式(2)为未加入死区后的功率器件导通时间,比较二者可以发现,死区引起的干扰信号是与电流同步并近似为方波的信号,那么在此基础上进行反调制即可抵消死区引起的干扰,反调制的方法即在式(2)中增加与电流同步并与干扰信号极性相反的方波信号(如式(3)所示)。

因此该死区补偿方法实现的关键就是如何检测874 仪 器 仪 表 学 报第27卷 电流的极性th(t) =T 2+TM 2sin(ω0t +θ) - sgn(i) Td+ sgn(i) Td(3)3 死区补偿的实现本文使用TBC25A05型电流互感器和施密特触发器构成电流检测电路来检测相电流过零点触发器由OP07加正反馈构成电流互感器对相电流进行采样,取样电阻R101两端的输出电压经T型滤波后连接至OP07输入端当相电流由电流互感器流出时,OP07的反向输入值大于正向输入值,触发器输出低电平;当相电流换向后(为流入电流互感器方向) ,OP07的反向输入值小于正向输入值,触发器输出高电平触发器输出与DSP的A/ D转换通道相连,根据过零点检测结果可以方便、 准确的用软件实现死区补偿当DSP的A/ D转换通道检测到电平的上升沿时,记录下此时刻的角度θ,在[θ,θ+π]区间(θ 1800)对导通器件进行加补偿,在其他区间对导通器件进行减补偿在本文的补偿方法中只对一相相电流使用电流过零点检测电路进行检测,其他两相相电流则用软件方法在每个周期查表进行补偿,不但降低了硬件成本,也避免了三相采样电路之间的干扰,同时DSP芯片的强大功能也使得补偿过程简单、 准确。

4 结束语将本文的死区补偿方法应用到交流异步电机控制系统中,取得了较好的效果设定死区时间Td= 6μs ,采样频率选为10Hz对比图1和图2可以看出,经过补偿后的相电流波形有了明显的改善图1 10Hz补偿前的电流波形图2 10Hz补偿后的电流波形参考文献[1 ] 刘和平.TMS320LF240×DSP结构、 原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.[2] 陈伯时,陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社, 1998.[3] 孙向东.一种新颖的死区补偿时间测量方法[J ].中国电机学报,2003 ,23(2) : 1032107.[4] Attainanese C , Tomasso G. Predictive compensationof dead2time effects in VSI feeding induction motors[J ]. IEEE Trans. on Industry Applications , 2001 ,37(3) :8562863.[5] 陈硕,薛昭武.电压型PWM逆变器输出误差分析及其补偿[J ].电工技术学报,2001 ,16(2) :51255.[6] 陈国呈. PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京:机械工业出版社,2002.。