具体实施方式

请参考图1。根据本发明实施例的倍频单电阻电流采样方法，通过三相逆变电路母线上设置的采样电阻采样母线电流，包括以下步骤：

a、对PWM控制算法计算出的三相占空比D[a]、D[b]、D[c]进行调整，获得调整后的三相占空比为D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]、以及D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]；其中，D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]为载波周期的前半周期或后半周期中的其中一者的三相占空比，D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]为载波周期的前半周期或后半周期中的另一者的三相占空比；

b、根据调整后的三相占空比计算电流采样时刻t_s1、t_s2、t_s3和t_s4；

c、按照调整后的三相占空比输出三相电压；

d、在电流采样时刻t_s1、t_s2、t_s3和t_s4分别进行电流采样，根据电流采样结果分别重构出载波周期的前半个周期和后半个周期的三相电流，进而获得载波周期的三相平均电流。

上述的倍频单电阻电流采样方法，其中，步骤a包括：

a1、对PWM控制算法计算出的三相占空比D[a]、D[b]、D[c]按照大小顺序进行排序，得到最大值D_max、中间值D_mid、最小值D_min，并记录最大值D_max、中间值D_mid和最小值D_min对应的相为a相、b相还是c相，令Max代表占空比最大值对应相的序号，Mid代表占空比中间值对应相的序号，Min代表占空比最小值对应相的序号；当出现三相占空比都相等的情况时，先指定任意一相占空比为最大值，然后指定剩余两相占空比中的任意一相占空比为中间值，剩余一相占空比为最小值；当出现两相占空比相等时，指定相等的两相占空比中的任意一相占空比为较大值，另一相占空比为较小值；

a2、计算D_max与D_mid的差值D_xd、以及D_mid与D_min的差值D_dn：

其中，D_max、D_mid和D_min的分别是三相占空比D[a]、D[b]、D[c]中的最大值、中间值和最小值；

a3、根据D_xd和D_dn获得第一临时计算变量D_xd1、第二临时计算变量D_dn1、第三临时计算变量D_xd2、以及第四临时计算变量D_dn2：

上式中，ΔD_xd和ΔD_dn为分别为D_xd和D_dn的调整量，ΔD_xd和ΔD_dn的取值方式为：在以下六组ΔD_xd和ΔD_dn的计算公式所求解出的六组ΔD_xd和ΔD_dn中，选择ΔD_xd和ΔD_dn之和最小的一组解作为实际使用的ΔD_xd和ΔD_dn；

所述六组公式分别如下所示:

其中，D_Ts＝T_s*2/T，T为载波周期，Ts为预设的最小采样窗口；函数fun1()和fun2()的定义如下：

对通过上述公式计算得到的D_xd1、D_dn1、D_xd2、D_dn2还要按照以下限制规则进行限制，获得最终的D_xd1、D_dn1、D_xd2、D_dn2：

如果D_xd1与D_dn1之和大于1，D_xd1与D_dn1中的较小者不变，D_xd1与D_dn1中的较大者变为1减去较小者；

如果D_xd2与D_dn2之和大于1，D_xd2与D_dn2中的较小者不变，D_xd2与D_dn2中的较大者变为1减去较小者；

a4、根据D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2计算出D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]和D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]：

其中，D_z1的取值范围为[0，1-D_xd1-D_dn1]；D_z2的取值范围为[0，1-D_xd2-D_dn2]；函数sign1()和函数sign2()的定义如下式所示：

。

以下结合一具体的实施例对本发明的倍频单电阻电流采样方法的工作过程进行进一步说明。

本实施例首先将PWM控制算法计算出的三相占空比进行调整，然后计算四次电流采样的时刻，最后根据采样得到的母线电流分别重构出前半个载波周期和后半个载波周期的三相电流，进而得到该载波周期的三相平均电流。本实施例的倍频单电阻电流采样方法应用于变频器，变频器的载波周期为T，最小采样窗口为T_s，PWM控制算法以及采样算法每个载波周期执行一次，该PWM控制算法用于控制电机的运行。本具体实施例中a相、b相和c相的占空比均为零。该实施例的具体步骤如下：

步骤a、对PWM控制算法计算出的三相占空比D[a]、D[b]、D[c]进行调整，获得调整后的三相占空比为D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]、以及D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]；步骤a进一步包括：

a1、首先对PWM控制算法计算出的三相占空比D[a]、D[b]、D[c]按照大小顺序进行排序，得到最大值D_max、中间值D_mid、最小值D_min，并记录最大值、中间值和最小值对应的相为a相、b相还是c相。令Max代表占空比最大值对应相的序号，Mid代表占空比中间值对应相的序号，Min代表占空比最小值对应相的序号，Max、Mid和Min的取值均为a、b或c，a、b、c分别为a相、b相、c相的序号。在本实施例中，在调整之前，由于a相、b相和c相占空比均为零，因此D_max＝0、D_mid＝0、D_min＝0，并令Max＝a、Mid＝b，Min＝c。要说明的是，Max＝a指的是调整之前a相占空比最大，Max保存了调整之前占空比最大值对应相的序号，但调整之后的a相占空比(即下文要描述的D₁[a]和D₂[a])可能不再是最大值。Mid＝b、Min＝c的含义与此类似。

a2、计算D_max和D_mid的差值D_xd、以及D_mid和D_min的差值D_dn，D_xd和D_dn根据下式计算：

a3、根据D_xd和D_dn得到第一临时计算变量D_xd1、第二临时计算变量D_dn1、第三临时计算变量D_xd2、第四临时计算变量D_dn2；D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2用下面的公式进行计算：

上式中，ΔD_xd和ΔD_dn为分别为D_xd和D_dn的调整量。ΔD_xd和ΔD_dn取值有六种可能，分别如下所示：

其中，D_Ts＝T_s*2/T，T为载波周期，Ts为预设的最小采样窗口；函数fun1()和fun2()的定义如下：

根据以上六组公式可以解出六组ΔD_xd和ΔD_dn，选择ΔD_xd和ΔD_dn之和最小的一组解作为实际使用的ΔD_xd和ΔD_dn，也就是最后一组，从而得到D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2。

计算出D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2后，还需要对D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2按照以下限制规则进行限制，获得最终的D_xd1、D_dn1、D_xd2、D_dn2：

如果D_xd1与D_dn1之和大于1，那么D_xd1与D_dn1中的较小者不变，D_xd1与D_dn1中的较大者变为1减去较小者(较大者＝1-较小者)；

如果D_xd2与D_dn2之和大于1，那么D_xd2与D_dn2中的较小者不变，D_xd2与D_dn2中的较大者变为1减去较小者(较大者＝1-较小者)。

a4、根据D_xd1、D_dn1和D_xd2、D_dn2计算出D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]和D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]；D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]由下式获得：

上式中，D_z1的取值范围为[0，1-D_xd1-D_dn1]，即D_z1为0、1-D_xd1-D_dn1或0与1-D_xd1-D_dn1之间的任意值。

D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]由下式获得：

上式中，D_z2的取值范围为[0，1-D_xd2-D_dn2]，即D_z2为0、1-D_xd2-D_dn2或者是0与1-D_xd2-D_dn2之间的任意值。

步骤b、根据调整后的三相占空比计算电流采样时刻t_s1、t_s2，t_s3和t_s4：

先计算前半个载波周期的电流采样时刻t_s1和t_s2：

将前半个载波周期的三相占空比D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]按照大小顺序进行排序，得到最大值D_max1、中间值D_mid1、最小值D_min1，并记录最大值D_max1、中间值D_mid1和最小值D_min1对应的相为a相、b相还是c相，令Max₁代表占空比最大值对应相的序号，Mid₁代表占空比中间值对应相的序号，Min₁代表占空比最小值对应相的序号；Max₁、Mid₁和Min₁取值为a、b或c，a、b、c分别为a相、b相、c相的序号。可以得到D_max1＝D₁[a]、D_mid1＝D₁[b]、D_min1＝D₁[c]、Max₁＝a、Mid₁＝b、Min₁＝c。

t_s1和t_s2可以由下式计算得到。

再计算后半个载波周期的电流采样时刻t_s3和t_s4：

将后半个载波周期的三相占空比D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]按照大小顺序进行排序，得到最大值D_max2、中间值D_mid2、最小值D_min2，并记录最大值D_max2、中间值D_mid2和最小值D_min2对应的相为a相、b相还是c相，令Max₂代表占空比最大值对应相的序号，Mid₂代表占空比中间值对应相的序号，Min₂代表占空比最小值对应相的序号，Max₂、Mid₂和Min₂取值为a、b或c，a、b、c分别为a相、b相、c相的序号。可以得到D_max2＝D₂[c]、D_mid2＝D₂[b]、D_min2＝D₂[a]、Max₂＝c、Mid₂＝b、Min₂＝a。电流采样时刻t_s3和t_s4由下式计算得到。

图2示出了根据本发明第实施例的四次采样时刻的示意图，图2中的0代表载波周期的起始时刻。

步骤c、按照调整后的三相占空比输出三相电压。在载波周期的前半个周期按照D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]输出三相电压，在载波周期的后半个周期按照D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]输出三相电压。

为了简化叙述，x代表a、b、c，用D₁[x]代表D₁[a]、D₁[b]、D₁[c]，用D₂[x]代表D₂[a]、D₂[b]、D₂[c]。在载波周期的前半周期，当时间t小于(1-D₁[x])*T/2时，x相输出低电平，否则输出高电平；在载波周期的后半周期，当时间t小于(1+D₂[x])*T/2时，x相输出高电平，否则输出低电平。图3示出了本发明一实施例按照调整后的占空比所输出的单相电压的示意图。图3中的0代表载波周期的起始时刻，该实施例中，采样算法周期与载波周期相同，0也是采样算法周期的起始时刻。上述的时间t是当前采样算法周期内的时间。

步骤d、在载波周期的电流采样时刻t_s1、t_s2、t_s3和t_s4分别进行采样，获得母线电流I_dc1、I_dc2、I_dc1和I_dc2，根据采样得到的母线电流分别重构出载波周期的前半个周期和后半个周期的三相电流，进而获得载波周期的三相平均电流。

记载波周期的前半周期的三相电流分别为I₁[a]、I₁[b]和I₁[c]，I₁[a]、I₁[b]和I₁[c]通过下式获得：

记载波周期的后半周期的三相电流分别为I₂[a]、I₂[b]和I₂[c]，I₂[a]、I₂[b]和I₂[c]通过下式获得。

该载波周期的三相平均电流I[a]、I[b]和I[c]通过下式获得。

本发明实施例首先将PWM控制算法计算出的三相占空比进行调整，然后计算四次电流采样的时刻，最后根据采样得到的母线电流分别重构出前后半个载波周期的三相电流，进而得到该载波周期的三相平均电流。本发明的实施例中，每个载波周期前半周期的占空比和后半周期的占空比可以进行对换，对换之后，采样时刻以及电流重构的计算公式作相应修改就可以实现单电阻电流采样，此处不再给出具体公式。

本发明的实施例中，输出电压时，电平极性也可以进行更改。如果将高电平变为低电平，低电平变为高电平，只需要将原先的占空比进行调整(将原先占空比的值变为1减去该值就可以)就可以保证输出相同的电压，此时，采样时刻以及电流重构的计算公式作相应修改就可以实现单电阻电流采样，此处不再给出具体公式。

本发明的又一实施例还提供了一种倍频单电阻电流采样装置，包括存储器和处理器。存储器用于存储程序；处理器用于加载所述程序以执行前述的倍频单电阻电流采样方法。

根据本发明实施例的倍频单电阻电流采样方法及其装置可以在一个载波周期内，实现两组电流信号的采样，进而可以得到该载波周期的三相平均电流，从而提高单电阻电流采样方法的电流采样精度，进而实现对三相电机的控制以及实现对电机驱动装置(例如变频器等)和电机的保护。