[发明专利]无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于机械工程领域，涉及一种无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统。

背景技术

在对永磁无刷直流电机进行分析时，总是假设其反电势波形为梯形波，平顶宽度为120°。但是，电机在制造过程中，会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，采用传统的电流、转速双闭环控制，会产生较大的转矩脉动和较差的动态性能。此外，齿槽设计工艺、电流换相、电枢反应等众多因数也会引起无刷直流电动机转矩脉动的产生，其中电流换相为影响电机转矩脉动的主要因素。因此，对换相转矩脉动抑制的研究已成为无刷直流电机研究的热点。

现有技术中，有的通过控制换相时各绕组的端电压来使关断相与接入相的电流上升速度相等，但其斩波时间不易掌握；有的提出了一种改进的双极性PWM无刷直流电机控制方式，该方式采用4个开关管同时进行PWM控制，但采用该方法增加了开关管的使用频率；有些文献采用电流传感器和转矩观测器来确定三相PWM调制的区间，但此方法对电机参数极为敏感，缺乏普遍适用性；有文献提出了一种通过电机参数计算电流换相区间方法，但此方法需要计算电机定子绕组的电感值；有文献提出了滞环电流控制方法，但对高速区转矩脉动抑制没给出具体的解决方法；有文献提出了一种全速段范围内的三相PWM调制策略抑制换相期间转矩脉动，简化了控制过程，但忽略了高低速度段时转矩脉动产生的本质特征，在极端速度段时控制效果不佳；有文献介绍了一种新颖的三段式PWM换相转矩脉动抑制策略，通过对关断相、接入相进行不同占空比的PWM调制策略可以达到抑制转矩脉动效果。但引入了两个需要调整的参数，使系统变得复杂难以控制；现有技术中有多篇文献均对抑制换相转矩提出了很好的控制方法，但都存在控制方法较复杂、换相时间难以确定等问题。

因此，有必要设计一种新型的无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统，该方法以转矩脉动偏差为反馈量配合PWM调制实现转矩脉动抑制，效果良好，且易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法，所述的无刷直流电机驱动系统包括三相桥式逆变器以及与三相桥式逆变器相连的A、B、C三相电机绕组，所述的三相桥式逆变器为由6个带续流二极管的开关管连接而成桥式电路；在换相期间，根据实时反馈转矩T和期望转矩T^*，分别进行如下控制：

(1)：当T^*-T＞ΔT时，ΔT为滞环宽度：

对关断相桥臂中换相前恒通的开关管进行PWM调制，并使得接入相与非导通相恒通；

使得关断相的PWM调制占空比d_high满足条件：

保证接入相电流上升速度与关断相电流下降速度相等，以抑制换相转矩脉动产生；其中，E为反电势大小，U为直流电源电压大小；

当达到条件|T^*-T|≤ΔT时，换相过程强制结束；【即恢复到常规的PWM调制方式，常规的PWM调制方式如图3(a)所示，PWM调制信号占空比与电机给定速度成正比。】

(2)当T-T^*＞ΔT时，ΔT为滞环宽度：

对接入相与非导通相的开关管进行PWM调制，关断相仍关断，使得关断相的接入相与非导通相的开关管的PWM调制占空比d_low满足条件：

从而保证接入相电流上升速度与关断相电流下降速度相等，以抑制换相转矩脉动产生；其中，E为反电势大小，U为直流电源电压大小；

当转矩脉动调整到|T^*-T|≤ΔT范围内时，换相过程强制结束【即恢复到常规的PWM调制方式】；

【当|T^*-T|≤ΔT时，按图3(a)模式对逆变电源开关管进行控制，PWM调制信号占空比与电机给定速度成正比。】

所述的ΔT＝5％T^*。

所述转矩T^*由给定转速w*与反馈转速w的偏差经过速度调节器得到，所述速度调节器为比例积分调节器，给定的w*是电机给定转速，为常量。【比例积分系数根据工程方法进行调整，比例积分系数的整定为现有技术】