[发明专利]一种基于合成电流控制的无刷直流电机瞬时转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域，尤其是一种基于合成电流控制的无刷直流电机瞬时转矩控制方法。

背景技术

无刷直流电机由于其结构简单、维护费用低、寿命长、调速性能良好等优点，在航空航天、交通等领域中得到广泛应用。无刷直流电机通常采用两相导通三相六状态工作方式进行工作，这样能够充分的利用无刷直流电机梯形磁场的平顶部分，使电机效率更高，转矩平稳性更好。

但由于生产工艺的原因，无刷直流电机的转子产生的磁场并非理想的梯形波，如果继续向电机内通入方波电流，势必会产生转矩脉动。无刷直流电机通常采用两相导通三相六状态工作方式，每隔60°电角度就会进行一次换相。由于电机转速影响，开通相电流与关断相电流的变化速率不同，造成电机的转矩出现波动，如果不加以控制，换向转矩脉动可以达到电机平均转矩的50％左右。

当前，控制无刷直流电机转矩脉动方法通常为滞环控制，但由于无刷直流电机的电感非常小，因此在一个换相周期内采用一个电压矢量会造成相电流和转矩抖动。

发明内容

本发明目的在于提供一种控制简单、减小转矩脉动的基于合成电流控制的无刷直流电机瞬时转矩控制方法。

为实现上述目的，本发明所述控制方法包括如下步骤：

(1)将工频交流电源经整流、滤波处理得到直流电源；

(2)将直流电源通过功率变换器转化成交流电源，向无刷直流电机供电；

(3)通过位置传感器确定无刷直流电机的转子位置θ，通过速度计算单元，计算出无刷直流电机的实际转速ω_rm；

(4)电机指令转速ω^*_rm与实际转速ω_rm作差得到速度差Δω_rm，将速度差Δω_rm输入到速度PI调节器，得到无刷直流电机的合成电流给定值I*；

(5)合成电流与转矩之间的关系为：

T_e＝i_Ak_Ag_max+i_Bk_Bg_max+i_Ck_Cg_max＝g_max·(i_Ak_A+i_Bk_B+i_Ck_C)＝g_max·I

式中，T_e为电机转矩、g_max为相反电势系数的峰值、k_A、k_B、k_C为当前位置的A、B、C三相相反电势系数同相反电势系数最大值之间比值、i_A、i_B、i_C为A、B、C三相相电流大小、I为合成电流；

从上式中可知，电机转矩T_e与合成电流I成正比关系，控制合成电流既是控制电机转矩，减小合成电流的波动既是减小转矩的波动；

(6)通过位置传感器确定无刷直流电机的转子位置θ，通过扇区判断得到转子所处扇区信息S，根据转子扇区信息S判断出无刷直流电机非换相相、关断相、开通相；

(7)利用转子位置θ查询相电流系数数据库得到合成电流系数k₁、关断相电流系数k₂，所述相电流系数数据库为k₁-θ、k₂-θ关系数据库，将合成电流给定值I*、关断相电流i₂、合成电流系数k₁、关断相电流系数k₂输入非换相相电流计算公式，得到非换相相电流给定值i₁^*；

非换相相电流计算公式为：

i₁＝k₁I-k₂i₂

式中，i₁为非换相相电流、I为合成电流、i₂为关断相电流、k₁为与转子位置θ相关的合成电流系数、k₂为与转子位置θ相关的关断相电流系数，k₁、k₂可直接通过转子位置θ查询相电流系数数据库得到；