[發(fā)明專利]一種抑制無刷直流電機換相轉矩波動的PWM調制方法

有效

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• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106655911B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 陳煒;劉亞鵬;曹彥飛;史婷娜;夏長亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/182
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開了一種抑制無刷直流電機換相轉矩波動的PWM調制方法，涉及直流電源、無刷直流電機、三相逆變橋和控制器，通過判定無刷直流電機的轉速范圍換相階段采取相應的PWM調制措施來抑制換相轉矩波動，同時實現(xiàn)對無刷直流電機換相時間的縮短；由于換相時間對無刷直流電機無位置傳感器控制反電勢過零點檢測方法有很大改善，同時可提高無刷直流電機的平滑運行性能。本發(fā)明在PWM調制方式的基礎上，通過在換相階段選擇最佳的PWM調制方式，有效抑制無刷直流電機全速范圍的換相轉矩波動，同時縮短換相時間，控制簡單，實現(xiàn)容易，提高了無刷直流電機的平滑運行性能。所提出的方法無需改變拓撲結構，僅需對軟件部分稍加改動即可使用，無需增加硬件系統(tǒng)成本。

技術領域

本發(fā)明屬于電機控制領域，具體的說，是涉及一種縮短換相時間抑制無刷直流電機換相轉矩波動的PWM調制方法，適合于無刷直流電機高精度伺服驅動控制。

背景技術

無刷直流電機以其體積小、功率密度高、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，而廣泛應用于軍事、航空航天、辦公自動化等領域。但是由于電機定子繞組存在電感，換相過程中產(chǎn)生較大的換相轉矩波動，并帶來振動、噪聲等問題，限制了其在高精度伺服系統(tǒng)中的應用。

換相轉矩波動可以達到平均轉矩的50％，通過控制開通相與關斷相電流變化率相等來維持非換相相電流平穩(wěn)，可以實現(xiàn)無刷直流電機換相轉矩波動抑制。PWM調制(脈沖寬度調制)方法是實現(xiàn)無刷直流電機換相轉矩波動抑制的常用方法之一，現(xiàn)有PWM調制方法包括如下：(1)低速區(qū)間將PWM調制作用于非換相相，高速區(qū)間將PWM調制作用于關斷相。(2)低速區(qū)間將PWM調制作用于非換相相與開通相，高速區(qū)間將PWM調制作用于關斷相。(3)全速范圍內的換相階段將PWM調制作用于關斷相。(4)全速范圍內的換相階段以相同的占空比將PWM調制作用于關斷相與非換相相。(5)區(qū)別于(4)，雖然(5)在全速范圍內的換相階段將PWM調制作用于非換相相和關斷相，但是作用于非換相相的占空比大于作用于關斷相的占空比。

PWM調制方法雖然均可通過維持非換相相電流的平穩(wěn)來實現(xiàn)換相轉矩波動抑制，然而對于不同的PWM調制方法其換相時間不同。較長的換相時間不僅使無刷直流電機無位置傳感器控制的反電勢過零點檢測方法失效，限制電機的轉速范圍，同時對電機的平滑運行性能不利，為提高無刷直流電機的平滑運行性能，應盡量縮短換相時間。

除PWM調制方法外，通過添加前級DC-DC變換器(直流-直流變流電路)調節(jié)換相階段三相逆變橋輸入電壓是另一種較為常見的換相轉矩波動抑制方法，通過正常導通階段調節(jié)DC-DC變換器的輸出電壓，換相階段接入DC-DC變換器來抑制換相轉矩波動。但此方法換相轉矩波動抑制效果受限于DC-DC變換器的動態(tài)特性，同時引入較多的電容，電感與功率器件，增加了硬件系統(tǒng)的成本與控制系統(tǒng)的復雜性。

現(xiàn)有的換相轉矩波動抑制方法并未對換相時間做出清晰地闡述，也未指出具體縮短換相時間的策略。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種抑制無刷直流電機換相轉矩波動的PWM調制方法，由于換相時間對無刷直流電機無位置傳感器控制反電勢過零點檢測方法有很大改善，同時可提高無刷直流電機的平滑運行性能。本發(fā)明在PWM調制方式的基礎上，通過在換相階段選擇最佳的PWM調制方式，有效抑制無刷直流電機全速范圍的換相轉矩波動，同時縮短換相時間，控制簡單，實現(xiàn)容易，提高了無刷直流電機的平滑運行性能。所提出的方法無需改變拓撲結構，僅需對軟件部分稍加改動即可使用，無需增加硬件系統(tǒng)成本。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種抑制無刷直流電機換相轉矩波動的PWM調制方法，涉及直流電源、無刷直流電機、三相逆變橋和控制器，通過判定無刷直流電機的轉速范圍換相階段采取相應的PWM調制措施來抑制換相轉矩波動，同時實現(xiàn)對無刷直流電機換相時間的縮短，包括以下步驟：