[发明专利]一种无刷直流电机的控制方法

说明书

本发明提出一种无刷直流电动机的控制方法。本发明采用两相导通控制系统，转矩中的转矩观测器采用反电动势形状函数法，转矩观测器中的反电动势形状函数法的输入为经过标幺化处理后的三相形状函数E_a、E_b、E_c和无刷直流电动机的梯形波反电动势的幅值E，用三相形状函数E_a、E_b、E_c与梯形波反电动势幅值E相乘获得定子三相相反电动势e_a、e_b、e_c，然后根据转矩方程式T_e＝K(e_ai_a+e_bi_b+e_ci_c)计算出转矩T_e。本发明方法实现简单、成本低，缩短了整个控制过程的用时，避免了由于重叠时间选择比较困难而引起的误差，减少功率开关器件的开关次数，提高了电流采样频率和开关频率，抑制了转矩脉动，使系统运行质量大大提高。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种无刷直流电动机的控制方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，无刷直流电动机比永磁同步电动机具有结构简单、价格较低、惯量小、可靠性高、动态响应快等特点，已经在家用电器、计算机外围设备、声像设备、办公设备和电动车及工业控制等领域得到了广泛的应用。目前无刷直流电动机的传统控制方法有两相导通控制和三相导通控制，由于三相导通控制不存在关断相，而两相导通控制具有关断相，还有两种导通控制都会产生跳跃式电枢反应磁场，步进角为。从理论上讲，采用两相导通控制时，如果反电动势波形为具有严格的平顶的梯形波，电流为具有严格的的理想矩形波时，可保证输入功率恒定，获得稳定的电磁转矩，不存在转矩脉动。而三相导通控制在理论上转矩就是脉动的，因此，在实践中，无刷直流电动机两相导通控制得到更广发的应用。即使在理论上两相导通控制可使转矩无脉动，但在实践中，反电动势不是严格的平顶的梯形波，而且两相导通控制的电流也不会是严格矩形，从而，仍然要引发转矩脉动，严重地降低了无刷直流电动机运行的性能，使电机运行质量大大下降。

目前解决无刷直流电动机脉动问题的方法主要有：

1、采用转矩反馈法，根据位置和电流信号通过转矩观测器得到转矩反馈信号,再通过转矩控制器反馈给无刷直流电机主回路,实现对转矩的控制,从而消除转矩脉动。转矩反馈法，虽然降低了转矩脉动，但转矩反馈法结构较为复杂,需预确定电机参数且算法复杂,实现比较困难。

2、采用重叠换相法，在换相时，本应立即关断的功率开关器件并不是立即关断,而是延长了一个时间间隔,并将本不应开通的开关器件提前开通一个角度,这样可以补偿换相期间的电流跌落,进而抑制转矩脉动。采用重叠换相法时，重叠时间需预先确定,而选取合适的重叠时间比较困难,大了会过补偿,小了又会造成补偿不足。

3、采用定频采样电流调节技术，此技术在重叠期间采用PWM控制，使重叠时间由电流调节过程变成自动调节,从而避免了对重叠区间的大小难以确定的问题，抑制换相转矩脉动。虽然该技术对抑制高速下换相转矩脉动有效，但是该方法必须保证足够高的电流采样频率和开关频率才有效，同时还需要离线求解开关状态并且算法复杂,在实际应用中有一定的局限性。

发明内容

本发明解决的技术问题是，采用反电动势控制，在两相导通控制中的转矩观测器采用反电动势形状函数法，以提高转矩的动态响应，增大转矩输出的力度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无刷直流电机的控制方法，包括：

使用反电动势形状函数方法经过标幺化处理之后计算出定子三相相反电动势e_a、e_b、e_c；