[发明专利]一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制系统及方法

权利要求书

1.一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制系统，其特征在于：包括：采集模块、DSP控制器、A/D转换模块、电流采样电路模块、逆变器；

所述采集模块用于采集霍尔传感器输出的电机的转子位置信号，采集模块的输出端与A/D转换模块的输入端相连接；

所述A/D转换模块用于将传感器模块输出的信号转换为数字信息，并将A/D转换模块输出端与DSP控制器的输入端相连接；

所述DSP控制器包括速度计算模块、外环自抗扰速度控制器模块、内环-电流预测控制器模块；所述速度计算模块用于对A/D转换模块输出的数字信息进行转速计算，输出电机实际转速，并将电机实际转速输出至外环自抗扰速度控制器模块；所述外环自抗扰速度控制器模块用于柔化系统输入信号，观测系统内部和外部的扰动，加入相应的控制量抑制扰动，通过计算得到三相电流给定值，并将电流给定值作为外环自抗扰速度控制器模块的输出信号，输出至内环-电流预测控制器；所述内环-电流预测控制器用于抑制无刷直流电机的换相转矩脉动，输出PWM占空比，内环-电流预测控制器的输出端与逆变器的输入端相连接，控制逆变器开关管的导通和关断；

所述电流采样电路模块用于采集电机三相电流，并将输出端与内环-电流预测控制器的输入端相连接；

所述逆变器用于将直流电转换成交流电，为电机供电。

2.一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法，通过权利要求1所述的一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制系统实现，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据无刷直流电机内部霍尔传感器获得电机转子位置信息，通过A/D转换和DSP运算得到电机实际速度的反馈量，所述反馈量包括电机的转子位置信号和电机的实际速度；

步骤2：根据步骤1计算电机实际速度和电机速度的给定量之间的误差Δn，将Δn作为外环自抗扰速度控制器模块的输入，通过从系统控制量输出和被控制对象的输出反馈来估计系统和被控对象的扰动并消除扰动，得到内环电流给定值i_ref；

步骤3：根据外环自抗扰速度控制器模块输出的内环电流给定值和电流采样电路模块给出的内环电流反馈值进行比较，经过内环-电流预测控制器模块，结合电机转子位置信息，控制相应功率管的导通和关断。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法，其特征在于：所述步骤1具体步骤为：

步骤1.1：根据采集模块采集到的电机内部三个霍尔信号，得到8个编码输出信号，包括：000,011,001,101,100,110,010,111；其中111和000为错误信号，其他6种信号将电机转子分为6个电角度均为60度的区域，由这三个霍尔信号的6种编码信号确定电机的转子位置；

步骤1.2：利用霍尔元件输出的跳变信号和跳变信号所用时间间隔t，结合电机的极对数p，得出电机转子的转速n的公式为：

4.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法，其特征在于：所述步骤3具体步骤为：

步骤3.1根据电机三相电压电流方程，计算得到换相期间电流预测的控制规则为：

其中，U_ac为A、C两相线电压，U_bc为B、C两相线电压；R为电机电阻；T为采样周期；i^*(k+1)为(k+1)时刻的电流值，数值上等于速度调节器输出的参考电流值i_ref；L为电机电感，i(k)为在k时刻的非换相相电流值，通过测量方式得到；E_m为无刷直流电机反电动势；U_dc为电机直流母线电压；D_A(k)和D_B(k)为k时刻控制器输出的关断相和开通相的占空比；

步骤3.2：根据步骤3.1结合换相转矩抑制原理得知，在换相期间，保持非换相相电流i_c恒定，可得到占空比D_A和D_B的关系式：

步骤3.3：将开通相的占空比设定为电机换相之前的占空比D，即D_B(k)＝D，根据步骤3.2计算得出D_A(k)的值,通过D_A(k)控制逆变器开关管的导通和关断。