中小功率交流伺服母线电压补偿提升性能研究

在当前我国市场，中小功率交流伺服器普遍运用“交-直-交”变换拓扑结构。该结构通过整流将交流电源转换为直流，再经可控功率元件逆变成电机所需的三相电。皖南电机价格表通常，交流电源输入为三相220伏（相间电压220伏），而电机功率较小时，则通常为单相220伏输入。在逆变过程中，开关管的导通时间由直流母线电压基准值决定。在多数情况下，直流母线电压vdc在程序计算中被视为常数。皖南电机价格表然而，实际上，直流母线电压的幅值是波动的。尽管在电流环的pi控制中，这种波动不会影响*终的调节结果，但它对调节时间和动态跟踪精度产生一定影响，尤其在直流侧电容值小、负载较重时，影响更为显著。

本研究在单相220伏供电且负载较大的条件下，验证了上述观点，并通过实验对比，证实了母线电压补偿方法能够提升驱动器在给定转速阶跃时的性能。

母线电压问题的根源在于，永磁同步电机交流伺服控制系统功率主回路由整流电路、中间直流电路和逆变功率管组成。若不考虑直流电路电容的储能和滤波作用，单相220伏交流电源的桥式整流波形频率为工频的两倍，即100赫兹；而三相220伏（相间幅值220伏）的桥式整流波形频率为300赫兹。皖南电机在实际应用中，由于直流侧电容的储能和滤波作用，直流母线电压在没有大功率消耗时稳定在约311伏。但当电机需要大功率消耗时，单相220伏供电的性能明显不如三相220伏供电，导致直流侧母线电压波动问题。

母线电压补偿的实质在于，通常直流母线电压vdc在程序计算中被视为常数，而开关管的导通时间是根据这一基准值计算的。在电机控制过程中，若直流母线电压值低于程序中的常量vdc，会导致开关管导通时间短于预期，进而使电机电流低于设定值。通过pi控制，开关管导通时间会自动调整，以跟踪电流给定值。若采用电压补偿，则可减小pi控制器积分项，降低驱动器超调，从而提升性能。安徽皖南电机由于电机控制中常用定点控制器，无法保证除法在中断计算中占用的时间，因此可使用查表法，在程序初始化阶段完成不同母线电压对应基准值的计算，确保程序计算中实时采用直流母线电压vdc。

实验及结果显示，采用绵阳圣维公司的swai-sc系列驱动板卡、配套电机及自编测试系统进行实验。实验使用单相220伏交流输入，电机额定转矩为4牛·米、额定转速为4000转/分钟，并带负载运行。测试时，市电略高于235伏，导致母线电压初始时刻幅值约为333伏。安徽皖南电机未补偿的母线电压测试曲线如图4（驱动器转速为0至5000转/分钟的阶跃）所示，补偿的测试曲线如图5所示。图中左侧坐标为转速（单位：转/分钟），右侧坐标为母线电压幅值（单位：伏特），横坐标为时间（单位：120微秒）。可以看出，当转速阶跃时，直流母线电压呈现周期性（100赫兹）下降。

对比图4和图5，转速从0至4000转/分钟的上升时间分别为322.6毫秒和320.3毫秒。实验表明，该方案对阶跃输入下伺服性能的提升有限，因为阶跃输入下驱动器内部电流环的给定值迅速增至*大值并保持，pi控制确保实际电流跟踪给定电流，导致转速上升曲线斜率几乎一致。然而，在要求快速动态响应、极小转速超调和强刚性时，该方法结合其他改进控制方法，对驱动器性能的提升是显著的。皖南电机

结论部分指出，实验验证了该方案的合理性和可行性，尽管对驱动器性能的提升有限，但在对伺服驱动器提出更高要求时，该方法仍有其应用价值。此外，设计人员应充分考虑电机输出功率、供电电源功率及电源状况，合理选择直流母线电容值，以确保母线电压具有较强的抗扰动能力。