[发明专利]基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法

说明书

本发明公开了基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法，具体为：步骤1.在三相静止坐标系下建立无刷直流电机的数学模型，推导出无刷直流电机线转子磁链表达式；步骤2，根据线反电势与转速的关系式，将无刷直流电机线转子磁链表达式通过两两相比的方式，构建传统速度无关磁链函数；步骤3，针对传统速度无关磁链函数存在的积分结构，采用频率自适应滤波器来代替纯积分器，抑制谐波分量和直流偏移，构造改进磁链函数，并通过改进磁链函数来判断电机换相点，同时计算出转子角速度，实现无传感器控制方式。该基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法，有效地抑制了传统磁链函数采用纯积分器产生谐波分量和直流偏移的现象。

技术领域

本发明属于无刷直流电机无传感器控制技术领域，具体涉及一种基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法。

背景技术

无刷直流电机(BLDC)是一种由电子换相取代电刷机械换相的由内向外直流换向器电机，具有效率高、转矩和功率密度大、成本低、结构简单、可控性好、转矩惯性比大等优点。无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此可以得到较好的梯形反电动势波形。在高性能无刷直流电机控制系统中，通常采用位置传感器获取准确的转子位置信号以实现电机的换相和调速，但位置传感器影响了控制系统的可靠性、成本和体积，为了降低控制成本和扩大适用范围，经常采用无位置传感器控制技术。因此近年来无刷直流电机的无位置传感器控制已经成为研究的热点。

常用的无刷直流电机无传感器方法有反电动势法(包括端电压检测法、反电动势积分法、反电动势三次谐波法、续流二极管法、线反电动势法)、锁相环法、电感法、磁链法、人工智能法等。其中，反电动势法是目前最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。在相反电动势检测算法中，绕组换向时刻由相反电动势过零点相移30°电角度获得。相移角与电机转速有关，速度很低时检测精度明显降低，容易造成换向不准确。线反电动势检测算法相对于相反电动势检测算法省去了相移角的计算，绕组换向时刻由线反电动势过零点直接得到。将相反电动势转换为线反电动势信号后可以发现，线反电动势信号的过零点恰为电机霍尔传感器的跳变点，也即换相时刻。因此只需要检测线反电动势的过零点，即可实现电机的正确换相，算法简单，容易实现，性能优于相反电动势检测算法。

与反电动势法不同的是，磁链法是通过估计磁链以获得转子位置信息的，从电机电压方程出发，得出磁链计算公式。通过构建无刷直流电机磁链函数估算的转子位置误差小且由于估算过程中只需要电机电压、电流、电机参数以及初始磁链这些信息，与电机转速等无关，因而具有调速范围广的优点，是一种比较理想的检测方法。但是由于传统磁链函数存在积分结构，采用纯积分器积分反电动势来计算定子磁链，容易受到输入信号中直流偏移误差的影响，造成电机动静态性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法，有效地抑制了传统磁链函数采用纯积分器产生谐波分量和直流偏移的现象，并准确估算无刷直流电机转子位置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于新型磁链函数法的无刷直流电机无传感器控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，在三相静止坐标系下建立无刷直流电机的数学模型，推导出无刷直流电机线转子磁链表达式；

步骤2，根据线反电势与转速的关系式，将无刷直流电机线转子磁链表达式通过两两相比的方式，构建传统速度无关磁链函数；

步骤3，针对传统速度无关磁链函数存在的积分结构，采用频率自适应滤波器来代替纯积分器，抑制谐波分量和直流偏移，构造改进磁链函数，并通过改进磁链函数来判断电机换相点，同时计算出转子角速度，实现无传感器控制方式。

作为本发明的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，在三相静止坐标系下建立无刷直流电机的数学模型，具体为：

步骤1.1，无刷直流电机的数学模型具体如下：