[发明专利]基于霍尔信号的无刷直流电机直接转矩控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别涉及了基于霍尔信号的无刷直流电机直 接转矩控制系统和方法。

背景技术

无刷直流电机是一种在传统直流电机基础上发展起来的新型直流电机，具有 控制简单、效率高、动态响应好、可靠性高等优点。目前，无刷直流电机的应用 已经从最初的军事工业，向航空航天、信息、生产、医疗以及工业自动化领域迅 速发展。

目前的无刷直流电机控制策略多是通过控制电流的方法间接控制转矩，属于 转矩的开环控制，转矩响应慢且转矩脉动大。直接转矩控制是一种转矩闭环控制 方法。它以电机的瞬时转矩为控制对象，将转矩脉动视为可测干扰，根据转矩误 差，通过转矩控制器实现对瞬时转矩的直接控制，具有转矩控制的高动态性。

传统的无刷直流电机直接转矩控制方法是定子磁链、电磁转矩、转速闭环控 制，当无刷直流电机在二二导通方式下运行，由于关断相的存在，定子磁链运动 轨迹为圆锯齿形，定子磁链给定是一个变量，难以计算。此外由于无刷直流电机 的磁通密度是呈梯形波分布的，其转矩计算公式与异步电机和永磁同步电机的转 矩计算公式不同。常用电磁转矩计算公式为：

Te=eaia+ebib+ecicω]]>

式中ω为转子角速度；e_a、e_b、e_c为定子三相绕组反电动势；i_a、i_b、i_c为定子三 相绕组电流。

其中电机三相电流通过电流采样电路测得，角速度通过霍尔位置传感器测 得，这些都是可直接测量和计算得到的量，如何获取反电势值则成为电磁转矩计 算的关键。目前主要采用分段函数法表示反电动势，那就需要知道连续的转子位 置信息，而通过霍尔位置传感器只能检测离散的转子位置信息，所以需要使用能 够检测转子连续位置的位置传感器，这使系统变得复杂，增加了成本。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供基于霍尔信号的无 刷直流电机直接转矩控制系统和方法，略去传统控制方法中定子磁链观测环节， 使用电磁转矩转速双闭环控制，且利用离散霍尔位置信号和相电流求取电磁转 矩，使系统结构简化，降低成本。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于霍尔信号的无刷直流电机直接转矩控制系统，包括定子电流检测电路、 定子三相电流转换模块、霍尔位置传感器、转矩观测器、转速计算模块、转速比 较器、转速调节器、转矩滞环比较器和PWM控制器，所述霍尔位置传感器安装 在无刷直流电机的定子上，用于采集无刷直流电机转子的位置信息，所述定子电 流检测电路的输入端与无刷直流电机的母线相连，定子三相电流转换模块的输入 端分别与定子电流检测电路的输出端以及霍尔位置传感器的输出端相连，转矩观 测器的输入端分别与定子三相电流转换模块的输出端以及霍尔位置传感器的输 出端相连，转速计算模块的输入端连接霍尔位置传感器的输出端，转速比较器的 负输入端连接转速计算模块的输出端，转速比较器的正输入端输入参考转速，转 速调节器的输入端分别与转速观测器的输出端以及转速比较器的输出端相连，转 矩滞环比较器的负输入端连接转矩观测器的输出端，转矩滞环比较器的正输入端 连接转速调节器的输出端，PWM控制器的输入端连接转矩滞环比较器的输出端， PWM控制器的输出端连接三相桥式逆变电路中6个开关管的门极，从而控制三 相桥式逆变电路向无刷直流电机输出交流电信号。

基于上述技术方案的优选方案，所述转速调节器采用PI调节器。

基于上述技术方案的优选方案，所述三相桥式逆变电路的6个开关管均为 IGBT。