[发明专利]一种基于直接特征控制的新型无刷直流电机控制方法

说明书

一种基于直接特征控制的无刷直流电机控制方法，包括以下环节：（1）在三相坐标系下无刷直流电机的定子三相电压方程；（2）根据步骤（1）列出的电压方程，将定子三相的电流和转子三相的磁链作为状态变量，列出对应的状态方程观测器；（3）根据步骤（2）设计滑模变结构观测器，观测出当前状态定子三相的电流和转子三相的磁链；（4）根据步骤（2）的状态方程，离散化处理后，得到预测控制方程，即预测出下一时刻定子三相的电流和转子三相的磁链；（5）将预测出来定子三相的电流与给定的转矩以及给定转子磁链算出的定子三相电流一起经过特征方程解出定子三相的电压，并将其送入SVPWM中。本发明可广泛应用于家电、办公自动化、汽车电子等领域。

技术领域

本发明涉及一种基于直接特征控制的新型无刷直流电机的控制方法，适用于家用电器、办公自动化、汽车电子系统等以交流电机特别是无刷直流电机为控制核心的领域。

背景技术

目前，在家用电器、办公自动化、汽车电子等领域，大多数对无刷直流电机用的控制策略还是基于矢量控制的控制方法，而矢量控制的核心就是双环结构，即转速外环和定子电流内环，这就免不了要使用PI调节器，然而PI调节器也存在自身的一些问题，如带宽不够、容易饱和等等。而针对这些问题又提出了一些抑制的方法和手段，但是就整个控制方法上来说无疑是使系统和结构更为复杂。所以为了解决上述提出的电机控制策略问题的方法主要有两类：一类是对电机结构进行优化设计；另一类是寻求新的控制策略来替代传统控制。第一类方法，通过改变电机的结构来获得所期望的磁路特性以及交直轴电感参数的变化范围，这种途径需要使用更高级的工艺和技术，成本会增加很多。第二类方法，基于特征控制实现对电机的控制，此种方法结构简单，同时利用了现代控制理论，就控制手段上已经提升很多，也不需要增加成本。而且包含了现代控制理论的思想，相比较于传统的PI控制，可以很好的消除一些高斯白噪声等等，使整个系统的控制更为精确。

电机控制都是基于数字控制技术的，而数字控制包括采样、计算、产生占空比及其更新等环节，理想的控制模式是在当前时刻采样电机电流，计算PWM占空比信号，并且实时更新占空比信号。然而，在实际系统中，可以实现的控制模式是在上一时刻进行电机电流采样，算法占用一定的时间间隔，计算PWM占空比信号，最后在后一时刻更新占空比信号。在采样周期的开始时刻进行电流采样的优点是，有更多的时间来计算控制算法，且所得到的电流值近似于电机的平均电流值。然而，逆变器还需要另一个采样周期把占空比信号转换为电机侧的电压，这样就使得数字控制中实际延时为两个周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于直接特征控制的新型无刷直流电机的控制方法，从而能够在传统的矢量控制之外基于现代控制理论来对电机进行控制，不仅可以快速提升响应速度，也可以避免传统控制中多处使用PI造成了参数调节困难等一系列的问题。