[发明专利]无刷直流电机精准直接转矩控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于，包括：

转子位置检测元件(1)，所述转子位置检测元件(1)和无刷直流电机(9)电性连接，用于检测无刷直流电机(9)的转子位置和转子的实际转速；

转速比较元件(2)，所述转速比较元件(2)和转子位置检测元件(1)电性连接，用于将转子的实际转速和给定转速进行比较，并计算二者的差值；

速度控制器(3)，所述速度控制器(3)和转速比较元件(2)电性连接，用于根据实际转速和给定转速的差值实现电动机转速的闭环控制，并输出给定转矩；

转矩检测元件(4)，所述转矩检测元件(4)和无刷直流电机(9)电性连接，用于检测无刷直流电机(9)的实时转矩；

转矩比较元件(5)，所述转矩比较元件(5)和转矩检测元件(4)、速度控制器(3)电性连接，用于将无刷直流电机(9)的实际转矩和给定转矩进行比较，并计算二者的差值；

转矩控制器(6)，所述转矩控制器(6)和转矩比较元件(5)电性连接，用于根据实际转矩和给定转矩的差值，计算并输出一个与转矩需求相适应的确切的电压空间矢量的数值；

SVPWM控制器(7)，所述SVPWM控制器(7)和转矩控制器(6)、转子位置检测元件(1)电性连接，用于根据转子位置和转矩控制器(6)的输出值利用基本的电压空间矢量和零电压空间矢量合成转矩控制器(6)所需的电压空间矢量；

逆变电路(8)，所述逆变电路(8)和SVPWM控制器(7)、无刷直流电机(9)电性连接，用于在SVPWM控制器(7)输出的电压空间矢量的驱动下不断地调整导通状态，实现输出电压的变化，从而达到对无刷直流电机(9)的合理控制，让无刷直流电机(9)产生合适的转矩。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述转子位置检测元件(1)包括霍尔传感器、反相触发器和位置计算模块，所述霍尔传感器安装在无刷直流电机(9)的定子上，用于在转子磁极经过其附近时发出信号，所述反相触发器和霍尔传感器电性连接，用于将霍尔传感器的信号经过反相后再输出，所述位置计算模块和反相触发器电性连接，用于霍尔传感的信号组合，计算出反电动势的信号组合，然后再由反电动势的信号计算出电机转子的位置信号，并根据霍尔传感的信号之间的间隙计算出电动机的实际转速信号。

3.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述转速比较元件(2)和转矩比较元件(5)均采用差动放大电路。

4.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述速度控制器(3)和转矩控制器(6)均为PID控制器。

5.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述SVPWM控制器(7)基于STM32单片机构成。

6.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述逆变电路(8)基于SVPWM逆变电路构成。

7.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，其特征在于：所述转矩检测元件(4)包括角速度传感器、电压检测电路、电流检测电路和转矩运算模块，所述角速度传感器安装在无刷直流电机(9)的转子上，用于测量转子的角速度，所述电压检测电路和电流检测电路均与无刷直流电机(9)电源输入端电性连接，分别用于测量无刷直流电机(9)的相电压和相电流，所述转矩运算模块和角速度传感器、电压检测电路、电流检测电路电性连接，用于根据上述参数计算出电动机的实时转矩。

8.一种无刷直流电机精准直接转矩控制方法，其特征在于：所述控制方法适用于权利要求1-7任一项所述的转矩控制系统，具体包括以下步骤：

S1:所述转子位置检测元件(1)检测无刷直流电机(9)的转子磁极经过定子附近时的位置信号，计算出反电动势的信号组合，然后再由反电动势的信号计算出电机转子的位置信号并输出至SVPWM控制器(7)，根据信号之间的间隙计算出电动机的实际转速信号并输出至转速比较元件(2)；

S2:转速比较元件(2)将输入的给定转速信号和实际转速信号进行比较，计算出转速的偏差信号，并将转速的偏差信号输出至速度控制器(3)；

S3:所述速度控制器(3)根据转速的偏差信号计算并输出给定的转矩信号，并将给定的转矩信号输出至转矩比较元件(5)；

S4:所述转矩检测元件(4)检测并计算无刷直流电机(9)的实时转矩信号，并将实时转矩信号发送至转矩比较元件(5)；

S5:所述转矩比较元件(5)将输入的给定的转矩信号和实时转矩信号进行比较，计算出转矩的偏差信号，并将转矩的偏差信号输出至转矩控制器(6)；

S6:所述转矩控制器(6)根据转矩的偏差信号，计算并输出一个与转矩需求相适应的确切的电压空间矢量的数值，该电压空间矢量数值产生的转矩与系统所需转矩正好相等或匹配，并在一个控制周期内始终使用该空间电压矢量数值；

S7:通过SVPWM控制器(7)在控制周期内根据转子的位置信号和转矩控制器(6)的输出值利用基本电压空间矢量和零电压空间矢量，并根据伏秒平衡原则合成所需的电压空间矢量，并将该电压空间矢量输出至逆变电路(8)；

S8:所述逆变电路(8)根据电压空间矢量改变其内部的开关器件的开通和关断状态，输出相应的波形信号，控制无刷直流电机(9)进行转动。