[发明专利]一种无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于无刷直流电机控制技术领域，特别涉及一种转矩滞环调节的无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置。

背景技术

无刷直流电机是针对传统直流电机的机械换向的弊病，采用电子换向的一种特种电机，也被认为是本世纪最有发展前途和广泛应用前景的电机之一，在航天航空系统、科学仪器、交通运输、国防军事装备、医疗器械、工业自动化装备等领域中得到日益广泛的应用。但在应用过程中，经常要遇到包括正、反转电动和制动等四象限运行情况，且由于无刷直流电机存在转矩脉动问题，也限制了它的应用场合。因此对无刷直流电机的控制方法在转矩调节上的效果，提出了更高的要求，即要实现小的转矩脉动，又要快速、平稳地实现四象限运行。

直接转矩控制技术作为交流电机的一种高性能变频调速方案，摒弃了矢量控制的解耦控制思想，利用电机转矩磁链的直接闭环来获得快速的转矩响应和优良的控制性能，应用于感应电机和永磁同步电机取得了良好的效果，近年来直接转矩控制技术开始应用于无刷直流电机。

目前，在无刷直流电机领域应用的直接转矩控制技术包括以下几种：一种阶梯波反电势无刷直流电机直接转矩控制方法，结合了正弦波永磁同步电机空载定子磁链轨迹规则和无刷直流电机结构简单、功率密度高等优点，提高了永磁体的利用率，属于永磁同步电机的控制方法。另外一种无刷直流电机的磁链自控式直接转矩控制方法，可以解决由于采用转矩和电机磁链的双闭环调节，而使得系统控制方法复杂的问题，用于无刷直流电机的调速控制。再有一种直接转矩无刷直流伺服控制系统及其工作方法，将给定与计算的定子磁链和转矩的比较值，得到相应的频率为4-8kHz的磁链和转矩调节信号，从而提高逆变器开关频率来减小转矩脉动。

但是，发明人在实现本发明时发现以上技术存在以下不足：转矩计算的复杂性，使主控芯片的计算量大，计算过程中需要进行坐标变换等复杂运算；且都没有考虑到无刷直流电机在电感小的情况下，如何处理瞬间施加全电压时，电流变化快而引起的转矩脉动问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置，以克服现有技术的转矩计算复杂性高、在电感小的情况下转矩脉动大的缺陷。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种无刷直流电机的直接转矩控制方法，所述方法包括以下步骤：

A、根据无刷直流电机的实际转速和指令转速，获取所述无刷直流电机的给定转矩；

B、根据所述无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值，获取所述无刷直流电机的估算转矩；

C、根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比，所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加，得到最终占空比；

D、根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负，选择开关管状态；

E、根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

优选的，在所述步骤A中，包括：

A1、通过位置传感器获取所述无刷直流电机的实际转速；

A2、将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差，得到速度差；

A3、将所述速度差进行转速PI调节，得到所述无刷直流电机的给定转矩。

优选的，所述步骤A1具体包括：所述位置传感器采用增量式光电编码器，根据单位时间内所述光电编码器发出的脉冲边沿数，计算得到所述无刷直流电机的实际转速。

优选的，在所述步骤B中，包括：

B1、采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值，根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值；

B2、通过位置传感器检测所述无刷直流电机的转子位置；

B3、根据所述转子位置获取对应的线反电势常数；

B4、根据三相电流与线反电势常数，获取所述无刷直流电机的估算转矩。

优选的，所述步骤B2具体包括：所述位置传感器采用增量式光电编码器，根据所述光电编码器发出的脉冲边沿数，进行转子位置换算，获得所述无刷直流电机的转子位置。

优选的，所述步骤B4具体包括：