[发明专利]基于混合逻辑动态模型的无刷直流电机驱动系统建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机驱动系统的技术领域，尤其是涉及一种基于混合逻辑动态模型的无刷直流电机驱动系统建模方法。

背景技术

近年来，国内外对于混杂动态系统理论有了深入的研究，这使得用其研究电力电子电路成为可能，同时它也为电力电子系统建模提供了许多新的方案，诸如混杂自动机机模型、层次结构樟型、逻辑转换模型、Petri网模型、有限自动机模型、切换系统模型、混合逻辑动态系统模型等。

随着电力电子技术的高速发展，尤其是半导体工艺的高频化以及大功率化发展，电力电子电路已应用在几乎所有的电力电子设备中，并在其中担任供应电源或控制器等关键部位。因此，对电力电子电路的应用一直是一个热点。目前，对电力电子电路的应用主要集中在建模、控制以及故障诊断等方面，其中，电力电子电路的建模是各项研究的基础，根据对系统模型忽略程度的不同，电力电子电路的模型主要分为小信号等效电路模型和大信号等效电路模型。

在无刷直流电机驱动系统中，电机驱动系统由电机本体、逆变器、传感器和控制器组成，电机控制系统的分析和涉及大都基于逆变器和电机的数学模型，逆变器根据控制器发出的开关信号调制出一定频率和幅值的电压脉冲序列，是一个典型的非线性环节，这些电压脉冲作用在感性的电机绕组上产生连续的状态电流，因此，逆变器和电机构成了一个由离散事件驱动连续状态演化的混杂系统。在现有技术中，在构建无刷直流电机驱动系统时，针对逆变器的模型通常是采用状态空间平均法，将逆变器视为一个线性放大器，对一个调制周期内的开关模式做时域上的平均处理，而这种建模方法就存在如下缺点：它无法将电机驱动系统的瞬态过程揭示出来，只考虑了电路的控制变迁，而没有描述与电路连续状态相关的条件变迁，这就很容易导致系统中重要信息的丢失，不利于功率管状态的分析，同时对于逆变器内部的故障分析和诊断也就无能为力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供能够将电机驱动系统的瞬态过程揭示出来的一种基于混合逻辑动态模型的无刷直流电机驱动系统建模方法。

本发明所采用的技术方案是，基于混合逻辑动态模型的无刷直流电机驱动系统建模方法，所述无刷直流电机驱动系统包括电源、无刷直流电机、传感器以及控制器，所述无刷直流电机是由一个恒压源、电机本体以及三相全桥逆变器组成，所述电机本体包括三相对称星型绕组以及三相反电动势，所述三相全桥逆变器由六个功率开关器件两两串联得到的三个半桥电路、分别并联在六个功率开关器件上的六个二极管组成，所述三相绕组对应着a相电枢绕组、b相电枢绕组以及c相电枢绕组，所述a相电枢绕组、b相电枢绕组以及c相电枢绕组分别对应连接在三相全桥逆变器的三个桥臂的中点，所述建模方法包括以下步骤：

(1)、根据三相全桥逆变器以及电机本体所组成的无刷直流电机驱动系统，再根据基尔霍夫定律得出电机本体的三相绕组的电压；

(2)、将三相全桥逆变器的六个功率开关器件定为T1，T2，T3，T4，T5，T6，六个功率开关器件的开关信号定义为S1，S2，S3，S4，S5，S6，将六个功率开关器件看做理想开关，定义开关信号等于“1”是表示开关导通，开关信号等于“0”时表示开关关断，定义三项绕组电流Ia,Ib，Ic流入三相绕组时表示方向为正，流出绕组时表示方向为负，则可以根据开关信号值和三相绕组电流方向来得出A相、B相以及C相三个绕组端的对地电压和相电压；

(3)、设定系统的辅助逻辑变量，即δ＝[δ₁ δ₂ δ₃]^T；

(4)、根据步骤(2)得出的A相、B相以及C相三个绕组端的对地电压和相电压来确定无刷直流电机驱动系统的离散输入变量，结合步骤(1)中的三相绕组的电压这个连续的状态变量以及步骤(3)中的辅助逻辑变量可以得出包含连续变量和离散变量的无刷直流电机驱动系统的混合逻辑动态模型。

步骤(1)中所述的电机本体的三相绕组的电压为：其中u_an、u_bn、u_cn为三相绕组的电压(V)；i_a、i_b、i_c为三相绕组的电流(A)；e_a、e_b、e_c为三相反电势(V)；R为绕组电阻(Ω)；L为定子电感(H)，L＝L-M，其中L为自感，M为互感。

步骤(4)中所述的离散输入变量为：