[发明专利]一种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控制方法，属于无刷直流电机控制技术领域。

背景技术

近年来，无刷直流电机被广泛的应用于家用电器、电力机车和自动化驱动中。在实际应用中，由于加工公差和设计折中的原因，很难获得具有理想反电势的无刷直流电机。反电势畸变会使引起转矩脉动，加剧电机转子振动，损坏轴承，产生噪声，缩短电机寿命等。

目前针对由反电势畸变引起转矩脉动的控制方法可以分为两类，最优电流控制和直接转矩控制。最优电流控制是根据反电势信息，注入可以和其相互抵消的谐波电流，使反电势中畸变的分量不对转矩的生产造成影响。直接转矩控制则是将瞬时转矩作为控制变量，通过对转矩进行闭环控制来抑制转矩脉动。但是目前这两类方法都需要知道转子的精确位置信息和反电势信息，为了获得精确的位置信息，需要安装额外的测量装置或者使用算法来估计，这会增加系统的成本和控制算法的复杂度。为了获得反电势，通常采样离线测量和在线估测法。离线测量法必须对电机反电势进行预先测量，限制了其在工业场合的应用。而在线估测法往往需要滑膜观测器，神经网络等复杂的算法，导致电机动态响应慢，限制了其在高速场合的应用。

发明内容

本发明提出一种无刷直流电机控制方法，这种方法采用单周期控制的原理，将平均转矩作为控制变量，控制每个开关周期内电机的输出平均转矩等于给定值。本方法解决了无刷直流电机由于反电势畸变引起的转矩脉动。

本发明为解决其技术问题，采用如下技术方案：

一种无刷直流电机控制方法，包括如下步骤：

第一步：使用转速计算模块根据转子位置信号对无刷直流电机的转速进行计算，将给定转速与反馈转速做差，PI调节器根据误差调节出在每个控制周期内，为了使输出平均转矩恒定，系统所需要输入的能量；

第二步：触发信号触发RS触发器的S端，RS触发器正向端输出“1”,反向端输出“0”，积分复位信号被设为0，加速命令“c”被置1；矢量选择表根据转子位置信号“n”和加速命令“c”选择相应的加速矢量和零矢量；驱动模块则根据相应的矢量，驱动三相逆变的功率开关管；

第三步：用电压传感器和电流传感器对母线电压和电流进行检测，然后用积分电路对电压和电流信号的乘积进行积分；

第四步：当积分值达到给定值时，比较器翻转，输出“1”，此时RS触发器的R端被置1，触发器的正向端输出“0”,反向端输出“1”，积分复位信号被置1，加速命令“c”被设为0，矢量选择表根据转子位置信号“n”和加速命令“c”选择相应的加速矢量，积分器的积分值被清零，以备下一个控制周期重新积分以检测输入系统的能量；

第五步：重复上述四个过程，对平均转矩进行控制，抑制无刷直流电机的转矩脉动。

本发明的有益效果如下：

1、每个开关周期内使得输出平均转矩等于给定转矩，抑制了转矩脉动。

2、不需要准确的转子位置信息，没有额外的旋变光码盘等测量装置和复杂的拟合位置信号的算法，降低了系统的成本和对控制器的要求。

3、不需要反电势信息，不需要离线测量或者在线估测，通用性强，适用于反电势畸变的电机。

4、平均转矩的估测只需要一个电流传感器和一个电压传感器，降低了系统的成本。

附图说明

图1为本发明提出控制方法的控制框图。

图2为本发明使用的无刷直流电机等效电路图。

图3为本发明使用的加速矢量的示意图。

图4为本发明使用的零矢量的示意图。

图5为本发明的工作时波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。

本发明提出一种无刷直流电机控制方法，通过观测每个周期内输入系统的能量来观测平均转矩，然后使用单周期控制的方法将平均转矩作为变量控制，使每个周期内平均转矩等于给定转矩。

根据机电转换的原理，在一个开关周期内输入系统的能量等于气隙能量的变换量和输出的机械能以及系统损耗之和，如式(1)所示：