[发明专利]一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法

说明书

本发明公开了一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，涉及直流电源、无刷直流电机、三相逆变桥和控制器，通过判定无刷直流电机的转速范围换相阶段采取相应的PWM调制措施来抑制换相转矩波动，同时实现对无刷直流电机换相时间的缩短；由于换相时间对无刷直流电机无位置传感器控制反电势过零点检测方法有很大改善，同时可提高无刷直流电机的平滑运行性能。本发明在PWM调制方式的基础上，通过在换相阶段选择最佳的PWM调制方式，有效抑制无刷直流电机全速范围的换相转矩波动，同时缩短换相时间，控制简单，实现容易，提高了无刷直流电机的平滑运行性能。所提出的方法无需改变拓扑结构，仅需对软件部分稍加改动即可使用，无需增加硬件系统成本。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体的说，是涉及一种缩短换相时间抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，适合于无刷直流电机高精度伺服驱动控制。

背景技术

无刷直流电机以其体积小、功率密度高、运行稳定可靠等优点，而广泛应用于军事、航空航天、办公自动化等领域。但是由于电机定子绕组存在电感，换相过程中产生较大的换相转矩波动，并带来振动、噪声等问题，限制了其在高精度伺服系统中的应用。

换相转矩波动可以达到平均转矩的50％，通过控制开通相与关断相电流变化率相等来维持非换相相电流平稳，可以实现无刷直流电机换相转矩波动抑制。PWM调制(脉冲宽度调制)方法是实现无刷直流电机换相转矩波动抑制的常用方法之一，现有PWM调制方法包括如下：(1)低速区间将PWM调制作用于非换相相，高速区间将PWM调制作用于关断相。(2)低速区间将PWM调制作用于非换相相与开通相，高速区间将PWM调制作用于关断相。(3)全速范围内的换相阶段将PWM调制作用于关断相。(4)全速范围内的换相阶段以相同的占空比将PWM调制作用于关断相与非换相相。(5)区别于(4)，虽然(5)在全速范围内的换相阶段将PWM调制作用于非换相相和关断相，但是作用于非换相相的占空比大于作用于关断相的占空比。

PWM调制方法虽然均可通过维持非换相相电流的平稳来实现换相转矩波动抑制，然而对于不同的PWM调制方法其换相时间不同。较长的换相时间不仅使无刷直流电机无位置传感器控制的反电势过零点检测方法失效，限制电机的转速范围，同时对电机的平滑运行性能不利，为提高无刷直流电机的平滑运行性能，应尽量缩短换相时间。

除PWM调制方法外，通过添加前级DC-DC变换器(直流-直流变流电路)调节换相阶段三相逆变桥输入电压是另一种较为常见的换相转矩波动抑制方法，通过正常导通阶段调节DC-DC变换器的输出电压，换相阶段接入DC-DC变换器来抑制换相转矩波动。但此方法换相转矩波动抑制效果受限于DC-DC变换器的动态特性，同时引入较多的电容，电感与功率器件，增加了硬件系统的成本与控制系统的复杂性。

现有的换相转矩波动抑制方法并未对换相时间做出清晰地阐述，也未指出具体缩短换相时间的策略。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，由于换相时间对无刷直流电机无位置传感器控制反电势过零点检测方法有很大改善，同时可提高无刷直流电机的平滑运行性能。本发明在PWM调制方式的基础上，通过在换相阶段选择最佳的PWM调制方式，有效抑制无刷直流电机全速范围的换相转矩波动，同时缩短换相时间，控制简单，实现容易，提高了无刷直流电机的平滑运行性能。所提出的方法无需改变拓扑结构，仅需对软件部分稍加改动即可使用，无需增加硬件系统成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制无刷直流电机换相转矩波动的PWM调制方法，涉及直流电源、无刷直流电机、三相逆变桥和控制器，通过判定无刷直流电机的转速范围换相阶段采取相应的PWM调制措施来抑制换相转矩波动，同时实现对无刷直流电机换相时间的缩短，包括以下步骤：