[发明专利]一种反电势空间矢量定向无刷直流电机瞬时转矩控制方法

说明书

一种反电势空间矢量定向无刷直流电机瞬时转矩控制方法，建立一个基于相反电势定向的d‑q旋转坐标系；在d‑q旋转坐标系下推导出转矩计算公式，证明了电机实际转矩T_e与q轴电流成正比关系。通过给定d、q轴电流大小可计算出A、B、C三相电流给定值，利用一种适用于无刷直流电机的三相导通PWM调制策略，提高了绕组利用率。由于本控制方法采用三相导通控制方式，不存在换相转矩脉动。在整个运行周期内采用一种控制方式，无需再单独划分换相区进行控制，简化了计算，实现起来更加简单。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域，尤其是一种反电势空间矢量定向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工作效率高、构成简单、维护费用低、出力大、寿命长、调速范围广等特点，在多个领域得到应用。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，增加转矩平稳性。

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，梯形波平顶部分不到120度，而是近似于正弦波变化的波形，此时若继续向绕组中通入120度方波电流，势必会产生转矩脉动；在换相区，关断相电流及开通相电流不能够理想换相，引起换相转矩脉动，进而限制其在高精度领域发展。同时，无刷直流电机采用两相导通方式，绕组利用率低，出力较小。如果采用三相导通方式，由于无刷直流电机非理想反电势的原因造成无刷直流电机反电势在时间轴上的变化和转子永磁磁场空间轴上的变化不一致，使无刷直流电机无法像永磁同步电机一样进行三相导通控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种结提高无刷直流电机绕组利用率的反电势空间矢量定向无刷直流电机瞬时转矩控制方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法的步骤如下：

步骤1，建立一个基于相反电势定向的d-q旋转坐标系；

步骤2，在d-q旋转坐标系下推导出转矩计算公式；

步骤3，在d-q旋转坐标系下，利用转矩计算公式对无刷直流电机进行控制。

进一步的，在步骤1中，由于无刷直流电机反电势和转子磁链的非正弦变化，传统的d-q旋转坐标系不再适用，为此建立了基于相反电势定向的d-q旋转坐标系。

所述d-q旋转坐标系的建立步骤如下：

步骤1-1，转子以额定转速匀速旋转时，相反电势按非正弦规律变化，将A相绕组的轴线作为转子起始点，转子旋转360°电角度，以A、B、C三相绕组的轴线分别作为各相的起始角；在相反电势的空间矢量中，取各相的各自最大值作为空间矢量的模；三相绕组对称，各相反电势的空间矢量的模大小相等；以实际相反电势值与各自模的比值，再取反正弦函数得到的角度作为相反电势的空间矢量角；引入A、B、C相相电流空间矢量，相电流空间矢量的模为电流瞬时值，相电流空间矢量的矢量方向为其关联磁场方向，即A、B、C相各自绕组的轴线方向；反电势的空间矢量角即是各相的反电势空间矢量同电流空间矢量的夹角；

步骤1-2，保持各相相电流空间矢量以及相反电势的空间矢量相对位置不变，旋转各相的相反电势空间矢量，使各相的反电势空间矢量同转子位置一致；以转子位置方向为d轴，以电流空间矢量角增加的方向为正方向，选定d轴沿正方向旋转90度方向为q轴，形成各相反电势空间矢量与转子同步旋转的d-q旋转坐标系。

进一步的，在步骤2中，在忽略电枢反应条件下，在d-q旋转坐标系下，无刷直流电机的转矩计算公式为：

由以上公式可以看出，电磁转矩与q轴电流成正比，所以控制q轴电流即可达到控制转矩的目的；