[发明专利]一种基于磁链追踪的无刷直流电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机调速控制器的调制方法，具体涉及一种可以在小转矩条件下有效减少电机转矩脉动的基于磁链追踪的无刷直流电机控制方法。

背景技术

目前随着绿色环保的观念日渐深入人心，电动车作为一种可以实现零排放、零污染的清洁环保交通工具正日渐受到人们的重视。但是现有的电动车所使用的无刷直流电机调速控制器在工作时还存在着很多问题。其中，在小转矩情况下的电机转矩脉动是一个重要的缺陷因素。

传统的无刷直流电机调速控制器始终工作在输出六拍波的模式下，以模拟传统直流电机的机械换相输出方波电流，该方案具有直流母线电压利用率高，简单可靠的优点。但是在小转矩下，由于六拍波本身的谐波成分较高以及电机的齿槽效应等因素导致的电机转矩脉动，会为电机的工作带来一系列不利影响。如产生较大的噪音、造成机械磨损并造成电机工作效率的降低等。

目前，已有的解决方案从大体上来看，是从两方面着手：一方面旨在降低无刷直流电机控制器输出电流的谐波，具体来说即改变无刷直流电机控制器的调制方法，优化现有的输出电流波形。例如现有技术中，一种按照无刷直流电机工作角区间周期性进行线性调制——过调制——线性调制的方案；另一方面旨在改进电机的机械结构，优化气隙磁场以降低由于齿槽效应导致的磁通突变造成的影响。如现有技术中，一种通过在转子芯中安装多个磁铁的方式，防止磁通的断开，最小化磁通的泄漏。事实上，基于空间电压矢量调制技术（SVPWM）的线性调制的方案已经发展地极为成熟，但由于传统的基于SVPWM的过调制策略算法过于复杂，而仅使用线性调制的SVPWM方法则直接影响到直流母线电压利用率。因此这一问题亦限制了传统SVPWM方案在无刷直流电机控制器上的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服无刷直流电机在小转矩条件下由于谐波原因引起的电机转矩脉动，使电机在运转过程中更加平稳的一种基于磁链追踪的无刷直流电机控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于磁链追踪的无刷直流电机控制方法，其特征在于：首先，根据无刷直流电机的期望转速和期望转矩确定一个基准磁链ψ(n)；再根据增量模型构造一个虚拟磁链来逼近该基准磁链ψ(n)；最后根据逼近结果对应的状态来控制逆变器输出得到所需的PWM驱动。

进一步的，所述期望转速由期望相角的闭环控制实现，所述的期望相角k=1,2,...，其通过与实际相角θ求差，得到当前相位误差通过对角速度ω=ω+p△θ的调整，实现对期望相角的闭环控制。

进一步的，所述的实际相角θ代表无刷直流电机转子角度位置，可由无刷直流电机的Hell元件信号瞬时采集。

进一步的，所述的瞬时采集指在每个圆周中，Hell元件信号共有6次变化，变化时刻的转子角度位置分别代表则通过监测Hell元件信号变化的瞬时，来采集实际相角θ.

进一步的，所述的基准磁链ψ(n)，是无刷直流电机转子在α-β坐标系下以r为半径并按照角速度ω旋转的轨迹，其中，n表示按采样周期T离散化后的第n时刻；所述的半径U_out为无刷直流电机输出相电压峰值，其值与期望力矩成正比。

进一步的，所述半径r的取值范围为U_d为逆变器直流驱动电压；当时无刷直流电机可得到六拍波驱动，具有最大的电压利用率；当时无刷直流电机将工作在线性驱动，具有最小的谐波。

进一步的，所述的虚拟磁链在α-β坐标系可由增量模型进行构造，其中或i=0～5，该取值范围对应逆变器的开关状态；U_d为逆变器直流驱动电压，Te为电机的电磁转矩，且

进一步的，所述的逼近是指磁链增量在所述取值范围内确定一个最佳取值，使得虚拟磁链和基准磁链ψ(n)在α-β坐标系下的范数距离最小。

进一步的，计算取值范围的所有磁链增量并确定每个扇区Sector的候选开关状态；设置初始期望相位角每经过一次采样周期，相位角增量其中为按采样周期T离散化后的第n时刻的期望相位角；所述的逼近具体包括如下步骤：

1）n=n+1,期望相位角更新，并求取当前相位角下，正交二轴系下的基准磁链ψ(n),即ψ(n)=||ψ||{sin[θ(n)],-cos[θ(n)]}′;