[發明專利]一種無刷直流電機反步法控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010031539.9
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111082711A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 周麗;馬劍辰;陳園
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H02P6/06
• 分類號: H02P6/06;H02P6/28;H02P21/18;H02P21/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種無刷直流電機反步法控制方法及系統，所述方法將設定的無刷直流電機機械角速度給定值和轉速檢測模塊輸出的電機機械角速度ω_m的誤差e_ω輸入到速度反步控制器進行控制，得到電機參考q軸電流將q軸假定電流與實際q軸電流的誤差作為電流反步控制器的輸入；假定與實際d軸電流的誤差作為電流反步控制器的另一個輸入；將電流反步控制器輸出的定子電壓在旋轉坐標系下的分量輸入至反Park變換模塊；將輸入至空間矢量調制模塊，經過空間矢量調制算法后，得到逆變器所需的三相開關控制信號S_a、S_b、S_c。本發明實現了無刷直流電機系統的完全解耦，簡化了系統的設計過程，減少了系統的調整參數，提高轉速、電流跟蹤性能和抗干擾性能。

技術領域

本發明屬于無刷直流電機調速領域，具體涉及一種無刷直流電機反步法控制方法及系統。

背景技術

20世紀初，有刷直流電機的發展已趨于成熟，但有刷直流電機存在因機械電刷導致的換向摩擦、噪聲、壽命短、維護成本高等問題。無刷直流電機采用電子換向代替電刷換向，解決了因機械電刷引起的上述問題，具有更高的輸出轉矩與電機體積比，在電動汽車、家用電器、工業自動化以及航空航天設備領域的應用越來越廣泛。無刷直流電機是一個非線性、強耦合、時變的系統，傳統的比例積分微分(PID)控制算法積分系數不變，導致積分增量穩定的增加或減小，在控制過程中難免會出現正向或負向積分飽和，不能滿足更高精度的控制要求，目前采用的非線性控制方法設計比較復雜且不易實現。反步法控制屬于非線性控制，既能保證閉環系統全局有界，又可以漸近跟蹤參考信號，還能對系統非線性無任何增長性條件限制。

發明內容

發明目的：本發明提出一種無刷直流電機反步法控制方法及系統，實現了無刷直流電機系統的完全解耦，簡化了系統的設計過程，減少了系統的調整參數，提高轉速、電流跟蹤性能和抗干擾性能。

技術方案：本發明所述的一種無刷直流電機反步法控制方法，具體包括以下步驟：

(1)將設定的無刷直流電機機械角速度給定值和轉速檢測模塊輸出的電機機械角速度ω_m的誤差e_ω輸入到速度反步控制器進行控制，得到電機參考q軸電流

(2)將q軸參考電流與實際q軸電流的誤差作為電流反步控制器的輸入，進行控制后得到定子電壓在旋轉坐標下的q軸分量

(3)假定電機參考d軸電流與實際d軸電流的誤差作為電流反步控制器的另一個輸入，進行控制后得到定子電壓在旋轉坐標下的q軸分量

(4)將電流反步控制器輸出的定子電壓在旋轉坐標系下的分量輸入至反Park變換模塊；

(5)將輸入至空間矢量調制模塊，經過空間矢量調制算法后，得到逆變器所需的三相開關控制信號S_a、S_b、S_c。

進一步地，所述步驟(1)通過以下公式實現：

其中，p為無刷直流電機極對數，ψ_f為無刷直流電機永磁體磁鏈，B為無刷直流電機阻尼系數，ω_m為無刷直流電機機械角速度，T_L為負載轉矩，k_ω為轉速反步控制器常數。

進一步地，所述步驟(2)通過以下公式實現：

其中，L_d、L_q為定子電感在旋轉坐標系下的分量，i_d、i_q為定子電流在旋轉坐標系下的分量，R為定子電阻，k_q為q軸電流反步控制常數。

進一步地，所述步驟(3)通過以下公式實現：