[发明专利]无刷直流电机电磁转矩脉动抑制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机电磁转矩脉动抑制方法和装置，特别是涉及一 种低成本在全速度范围内抑制无刷直流电机电磁转矩脉动的方法和装置。

背景技术

无刷直流电机具有高效率、高电磁转矩、高功率密度和调速性能好等一系列 优点，在工业、交通、军工以及家电领域得到广泛应用，但由于无刷直流电机电 感的存在，使得无刷直流电机在换相时电机绕组的电流上升和下降的速率不相 等，因而导致较大的电磁转矩脉动，这极大地限制了其在电动汽车、伺服控制、 数控机床、机器人、航天航空、精密电子仪器等对电机性能、控制精度要求较高 的场合和领域的应用。近二十年来，抑制无刷直流电机电磁转矩脉动的问题一直 是国内外研究的课题，主要有：重叠换相法、滞环电流法、PWM斩波法、电流 预测控制法和智能控制法。这些方法都是试图通过控制无刷直流电机在换相时电 机绕组的电流上升和下降的速率相等来减小电磁转矩脉动，但共有的缺陷是：检 测方法和控制算法复杂、成本较高，不能在全速范围内抑制电机的电磁转矩脉动， 从而在实际应用中难以推广。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种在全速度范围内低成本实用 化的抑制无刷直流电机电磁转矩脉动方法和装置。为达到上述目的，本发明的构 思是：通过控制无刷直流电机的导通相线电流跟踪给定电流来抑制电机的电磁转 矩脉动，而无刷直流电机的导通相线电流是利用逆变器下桥臂三个开关器件的电 流与相应开关器件驱动信号相乘后叠加获得。

下面说明本发明所涉及的无刷直流电机电磁转矩脉动抑制的原理。

无刷直流电机调速系统的结构如图1所示，由直流电源、三相桥式逆变器、 永磁无刷电机、换相信号译码器和脉宽调制发生器组成。图1中永磁无刷电机的 三相绕组采用星形连接，三相全桥逆变器的六个开关器件T1、T2、T3、T4、T5、 T6采用最常用的上管脉宽调制、下管恒通的调制策略。无刷直流电机三相绕组 反电动势e_an(t)、e_bn(t)、e_cn(t)，三相相电流i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)，三相六拍120° 导通换相信号S₁(t)、S₂(t)、S₃(t)、S₄(t)、S₅(t)、S₆(t)，逆变器六个开关器件 驱动信号S_1G(t)、S_2G(t)、S_3G(t)、S_4G(t)、S_5G(t)、S_6G(t)，以及导通相线反电 动势e_cl(t)和导通相线电流i_cl(t)的波形如图2所示。

无刷直流电机在任何时刻只有两相导通，根据图2，无刷直流电机的导通相 线反电动势e_el(t)和导通相线电流i_cl(t)分别为：

e_cl(t)＝[S₁(t)-S₂(t)]e_an(t)+[S₃(t)-S₄(t)]e_bn(t)+[S₅(t)-S₆(t)]e_cn(t)    (1)