[發明專利]基于雙層結構抑制永磁無刷直流電機轉矩脈動的控制方法

有效

• 申請號: 201810976515.3
• 申請日: 2018-08-25
• 公開（公告）號: CN109167538B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 李勝;劉遼雪;張磊;趙飛;劉源
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/34
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于雙層結構抑制永磁無刷直流電機轉矩脈動的控制方法。該方法為：建立永磁無刷直流電機數學模型：在三相靜止坐標系，建立以二二導通星型連接的三相永磁無刷直流電機的數學模型；建立基于生物智能的雙層控制器：首先建立一級控制器，即迭代學習控制器；然后建立二級控制器，即魯棒滑模控制器。本發明能夠迅速保持電磁轉矩穩定，有效地克服外部擾動和參數攝動的影響，保證永磁無刷直流電機的控制動態性能和魯棒性，提高了永磁無刷直流電機的控制精度。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，特別是一種基于雙層結構抑制永磁無刷直流電機轉矩脈動的控制方法。

背景技術

永磁無刷直流電機近年來隨著永磁材料、電力電子以及現代控制技術的發展而迅速得到廣泛應用，并在機器人、航空航天、新能源汽車以及國防等重要領域逐漸得到了廣泛的應用。其具有直流電動機的運行效率高、調速性能好等諸多特點。但是由于其電機本體自身的結構以及其控制策略的原因，都會一定程度上導致轉矩脈動問題的存在，并在低速運行時常常不能滿足轉矩性能要求，限制了其在高精度場合的應用。

永磁無刷直流電機對外所呈現的轉矩脈動主要是齒槽轉矩脈動和換相轉矩脈動。近十年左右，轉矩脈動抑制方法大致分為兩類：一是通過對電機本體進行合理化設計，主要包含定轉子結構、繞組形式，以此來盡可能的減小齒槽轉矩，使得反電動勢接近于理想的波形，但這種方法提高了加工難度和生產成本，故很多應用場合下還需要從其他方面考慮對轉矩脈動的抑制；二是通過控制策略調整通過繞組的電壓或者電流，來彌補電機本體和逆變器與理想特性的偏差，這種方法在不改變電機本體結構的前提下應用更加廣泛，但是存在外部擾動和參數攝動的影響，無法保證永磁無刷直流電機的控制動態性能和魯棒性，降低了永磁無刷直流電機的控制精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種控制精度高、魯棒性好、具有良好動態性能的基于雙層結構抑制永磁無刷直流電機轉矩脈動的控制方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于雙層結構抑制永磁無刷直流電機轉矩脈動的控制方法，包括以下步驟：

步驟1：建立永磁無刷直流電機數學模型：在三相靜止坐標系，建立以二二導通星型連接的三相永磁無刷直流電機的數學模型；

步驟2：建立基于生物智能的雙層控制器：首先建立一級控制器，即迭代學習控制器；然后建立二級控制器，即魯棒滑模控制器。

進一步地，步驟1所述的建立永磁無刷直流電機數學模型，具體如下：

永磁無刷直流電機的反電動勢為梯形波，在三相靜止坐標系，建立以二二導通星型連接的三相永磁無刷直流電機的數學模型；

首先做出如下設定：

(1)三相繞組對稱，氣隙均勻；

(2)不計渦流和磁滯損耗，磁路不飽和；

(3)三相反電動勢為理想梯形波，且幅值相等；

(4)電感不隨空間位置改變而改變；

基于上述設定，永磁無刷直流電機定子三相繞組的電壓平衡方程為：