[发明专利]一种无刷直流电动机的转速控制方法

权利要求书

1.一种无刷直流电动机的转速控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)建立无刷直流电机的数学模型；

(2)设计基于分数阶PI的滑模控制器；

(3)设置无刷直流电动机速度环为分数阶PI的滑模控制器，电流环为PI控制器；

(4)速度环输出的电流进入电流环，使电机转动产生转速；

(5)将转速通过传感器传输到所设计的滑模控制器以控制无刷直流电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电动机的转速控制方法，其特征在于，步骤(1)中，建立无刷直流电机的数学模型方法如下：三相绕组的电压平衡方程表示为：

式中，u_A、u_B、u_C分别为定子绕组相电压，R为相电阻；i_A、i_B、i_C分别为定子绕组相电流；e_A、e_B、e_C分别为定子绕组电动势；L为每相绕组自感；M为每两相绕组间互感；p为微分算子；

定子绕组产生的电磁转矩表达式为：

其中，w为电机角速度；

无刷直流电机绕组的动态方程：

e＝k_ew (3)

式中，e为定子绕组各相反电动势，k_e为反电动势系数，并且定子电流为方波，反电动势为梯形波，定子只有两相导通，则电磁转矩式(2)变为：

其中，T_e为电机电磁转矩，i为定子绕组各相电流，k_t为转矩系数，把无刷直流电机当作一个整体，且忽略绕组因换相引起的电流波动和二极管的压降和续流，对式(1)简化，将式(3)代入，则式(1)变为：

其中，u为电机绕组端电压；R′为绕组电阻、L′为绕组电感、t为时间变量；

无刷直流电机的机械运动方程为：

式中，T_L为负载转矩、J为电动机转动惯量、B为电动机阻尼系数。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直流电动机的转速控制方法，其特征在于，步骤(2)中，设计基于分数阶PI的滑模控制器的方法如下：

定义角速度跟踪误差：

x＝w_r-w (7)

其中，w_r为参考转速；

设计滑模面切换函数：

s＝cx (8)

其中，c为滑模面的切换向量；

对s求导，可得：

通过式(6)得：

将分数阶PI与变速趋近律结合得到如下趋近律：

式(11)中，s表示滑模面切换函数；k_p为比例项系数，k_i为分数阶积分项系数，D^-λ是分数阶积分算子，λ>0，sgn(s)为符号函数，ε是常数；

结合式(9)，(10)，(11)，并用饱和函数sat(s)代替符号函数，设计如下滑模控制器：

4.根据权利要求1所述的一种无刷直流电动机的转速控制方法，其特征在于，步骤(5)中，将输出的转速通过传感器传输到所设计的滑模控制器以控制无刷直流电动机的转速的方法如下：将电动机输出的转速通过位置传感器传输回所设计的滑模控制器，与参考转速相减得到跟踪转速误差，重复上述(2)到(5)，不断更新滑模控制器的电流值，实现对无刷直流电动机的转速控制。