[發明專利]一種基于電流滯環控制的無刷直流電機轉矩脈動抑制方法

在審

• 申請號: 201710629884.0
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107317523A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 王加許;王健;張忠
• 申請（專利權）人: 臺州市金宇機電有限公司
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/28
• 代理公司: 臺州市中唯專利事務所(普通合伙)33215
• 代理人: 許玲愛

技術領域

本發明屬于電機控制應用技術領域，特別涉及一種基于電流滯環控制的無刷直流電機轉矩脈動抑制方法。

背景技術

無刷直流電機（Brushless DC motor, BLDCM）由于結構簡單、調速性能好、功率密度大，在工業、航空航天等領域得到了日益廣泛的應用。但BLDCM的轉矩波動制約了其在高性能場合的應用。此外，轉矩脈動也是造成電機噪聲與振動的重要因素。轉矩脈動產生的原因主要包括：齒槽轉矩、非理想反電動勢、換相轉矩。對于一臺設計和制造精良的BLDCM而言，換相轉矩是轉矩脈動的主要組成部分。

針對抑制BLDCM的轉矩脈動，國內外學者提出了很多行之有效的方法，主要有：1）利用DC-DC變換器，通過調節直流母線電壓來控制換相過程電流的變化率，從而達到抑制換相轉矩脈動，如Z源網絡電路；2）改變換相區間的PWM調制方式；3）電流預測控制轉矩脈動；4）直接轉矩控制來實現抑制轉矩脈動；5）重疊換相轉矩脈動控制法；6）積分變結構控制的電流優化算法等。以上控制方法有以抑制換相轉矩脈動為主的，也有抑制電機整體轉矩脈動為主的。關于換相轉矩波動理論最早由R. Carlson提出，認為換入相和換出相電流的變化速率不同是導致換相轉矩波動產生的主要原因，很多抑制換相轉矩脈動的方法都從換相過程保證換入相與換出相電流變化速率相等，即保證非換相相電流保持不變這種思路著手。因為換相轉矩脈動是無刷直流電機整體轉矩脈動的主要部分（可能達到平均轉矩的50%）。因此，研究一種簡單實用的抑制無刷直流電機換相轉矩脈動方法是十分有意義。

發明內容

本發明提供一種基于電流滯環控制的無刷直流電機轉矩脈動抑制方法，利用電流滯環控制換相區間非換相相電流保持不變，即保證了換出相電流下降的速率與導通相電流上升的速率相同，從而抑制或消除換相轉矩脈動。該方法簡單可行，采用了電流滯環控制提高了系統的動態性能與魯棒性。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種基于電流滯環控制的無刷直流電機轉矩脈動抑制方法，其步驟包括：

步驟1：利用無刷直流電機內部霍爾傳感器獲得轉子位置和電機轉速，電機轉速作為外環反饋，期望的轉速作為給定量；

步驟2：轉速的誤差經過外環PI調節器得到電流給定量；

步驟3：利用電流傳感器得到無刷直流電機相電流，并對采樣電流進行處理得到內環反饋變量；

步驟4：外環輸出的電流給定量與內環電流反饋量相比較經電流滯環控制，結合轉子位置信號，控制相應功率管導通關斷。

本發明的有益效果是：利用電流滯環控制換相區間非換相相電流保持不變，即保證了換出相電流下降的速率與導通相電流上升的速率相同，實現了抑制換相轉矩脈動的目的。該方法簡單可行，采用了電流滯環控制提高了系統的動態性能與魯棒性。避免了復雜的觀測器、算法和額外的硬件成本。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下限定。

進一步，所述步驟1包括：無刷直流電機內部三個霍爾元件，得到六個有效編碼信號，用來確定轉子位置，利用一相霍爾信號計算電機轉速。

進一步，所述步驟2包括：期望給定轉速與實際轉速反饋量的誤差經過PI調節器，輸出所需的電流給定。

進一步，所述步驟3包括：利用電流傳感器得到無刷直流電機的相電流，對采樣電流進行處理是指根據電機霍爾狀態選擇內環反饋電流。在此過程分為非換相區間和換相區間，針對非換相區間，采用導通相電流作為內環反饋電流；對于換相區間，采用非換相相電流作為內環反饋電流。