[发明专利]基于分段式滑模变结构的无刷直流电机直接转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机械工程领域，涉及一种基于分段式滑模变结构的无刷直流电机直接转矩控制方法。 

背景技术

一般情况下，在对永磁无刷直流电机（BLDCM）进行分析时，我们总是假设其反电势波形为梯形波，平顶宽度为120°。由于电机在制造过程中，可能发生转子充磁不充分、绕组不对称等工艺问题，实际的永磁无刷直流电机反电势波形很难实现理想的梯形波。因此，如果采用电流、转速双闭环控制，会产生较大的低频转矩脉动和较差的动态性能。直接转矩控制作为一种高性能的无刷直流电机控制策略，可以有效的抑制低频转矩脉动，同时由于直接转矩是直接控制转矩，与由电流、转速构成的双闭环控制相比较它能获得更快的转矩响应速度。 

直接转矩控制策略关键技术是如何准确、实时的获得定子磁链和电机转矩。由电机理论可知，无刷直流电机的电磁转矩可以通过反电势、相电流以及角速度计算求得。其中相电流、角速度可以通过相应传感器进行测量，但是反电势的获取比较困难。文献[Lin D，Zhou P，Cendes Z J．In-depth study of the torque constant for permanent-magnet machines[J]．IEEE Trans.on Magnetics，2009，45(12)：5383-5387．]提出无刷直流电机的直接转矩控制方案，分别控制转矩和磁链，改善了低频转矩脉动和转矩动态性能；有些研究人员将电压空间矢量引入到无刷直流电机的直接转矩控制中，实现了无刷直流电机的磁链控制和转矩控制的结合；有些研究人员分析了传统的反电势滑模观测器及相应的转矩观测结果受定子电感/电阻参数偏差的影响程度，提出了自适应滑模状态观测器，进一步提高了系统的鲁棒性；文献[Liu Y，Zhu Z Q，Howe D．Instantaneous torque estimation in sensorless direct-torque-controlled brushless DC motors[J]．IEEE Trans.on Industry Applications，2006，42(5)：1275-1283]采用滑模变结构状态观测器来估算反电势波形和采用扩展型卡尔曼滤波器估算转速，两者共同实现无刷直流电机的直接转矩控制，提高了无刷直流电机直接转矩控制的稳定性和鲁棒性。 

以上研究存在反电势提取困难或没有考虑滑模变结构控制中滑模输入误差在较小范围内时产生抖振对系统造成的不利影响。因此，实际应用效果不理想。 

因此，有必要设计一种新型的无刷直流电机直接转矩控制方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分段式滑模变结构的无刷直流电机直接转矩控制方法，该基于分段式滑模变结构的无刷直流电机直接转矩控制方法响应快，鲁棒性强。 

发明的技术解决方案如下： 

一种基于分段式滑模变结构的无刷直流电机直接转矩控制方法， 

先采用分段式滑模变结构状态观测器完成对电机反电势的重构,再采用空间矢量开关状态选择器完成对三相逆变电源6个开关管通断的控制，从而实现对无刷直流电机的直接转矩控制； 

所述的分段式滑模变结构状态观测器的输入信号为两相静止坐标系下相电压u_sα,u_sβ（参见图1）与相电流i_α,i_β，输出信号为状态观测值（也为x（t）的重构值） 中包括重构后的反电势有： 

x~·=Ax~+Bu+Ksgn(i-i~)---(4)]]>