[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

说明书

本发明提供一种无刷直流电机精准直接转矩控制方法，包括转子位置检测元件、转速比较元件、速度控制器、转矩检测元件、转矩比较元件、转矩控制器、SVPWM控制器、逆变电路和无刷直流电机,本发明的转矩控制器采用连续型控制方法，控制器的输出为一个确切的连续电压空间矢量，该电压空间矢量恰好产生所需转矩，在一个控制周期内始终使用该电压空间矢量，控制效果连续平滑，使用SVPWM控制器取代了传统直接转矩控制算法中的开关表模块，通过SVPWM控制器在控制周期内利用基本电压空间矢量和零电压空间矢量根据伏秒平衡原则合成所需的电压空间矢量，该电压空间矢量产生的转矩与系统所需转矩正好相等或匹配，实现转矩的精准控制，避免了转矩的滞环震荡。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制技术领域，具体为一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统及其控制方法。

背景技术

无刷直流电机较交流感应电机具有效率高、功率密度大和调速性能好等优点，较永磁同步电机具有成本低的优点，在工业驱动、家用电器、电动汽车和医疗设备等领域得到了日益广泛的应用。但无刷直流电机的转矩脉动较大，是其应用中的突出问题和研究热点，限制了其在高性能场合的应用，直接转矩控制具有控制结构简单、参数鲁棒性好和转矩响应迅速等优点，是继矢量控制之后发展起来的一种电机高动态性能的调速方案。直接转矩控制摒弃了电流环，将功率变换器与电机作为一个整体来考虑，着眼于控制磁通和转矩，传统的直接转矩控制方法的磁通与转矩都使用滞环控制，其输出信号用来驱动逆变器的开关，使其输出合适的电压，用来控制电机的磁通和转矩。直接转矩控制转矩响应速度快，在交流电机中获得了良好的控制性能，近年来有学者探索将其应用于无刷直流电机。

公开号为CN109617489B提供的一种无刷直流电机直接转矩控制方法，将直接转矩控制方法应用于无刷直流电机，着眼于最大转矩电流比特性，实现了磁链和转矩的闭环控制，提高了无刷直流电机的综合控制性能，公开号为CN104022699A提供的一种无刷直流电机直接转矩控制方法采用转速与转矩双闭环控制，转矩滞环比较器的输出根据转子位置信号选择合适的电压矢量，将转矩限制在一定的波动范围内，公开号为CN101783637A提供的一种无刷直流电机的磁链自控式直接转矩控制方法省去了磁链闭环，采用单环的转矩滞环控制器，由转矩滞环的输出决定定子电压矢量，简化了系统，但是上述的无刷电机直接转矩控制方法的转矩闭环采用滞环控制，转矩滞环在一个开关周期内，从基本电压空间矢量中选取一个，同时控制定子磁链幅值和旋转速度，此类方法的转矩会围绕期望值在一定范围内不停地振荡，当转矩超出滞环上限时，选取一个基本电压空间矢量，让转矩减小，当转矩减小到低于滞环下限时，选取另一个电压空间矢量让转矩增大，周而复始，转矩会一直处于增大或减小的状态，该控制方法是断续的控制方式，当转矩在滞环宽度内时，转矩实际处于开环状态，即任凭转矩波动而不调节，因此是一种粗糙的控制方法。

针对现有的技术和上述的不足，本发明的目的在于提供一种无刷直流电机的精准直接转矩控制方法，以克服现有技术由于采用滞环控制而使系统存在转矩脉动的原理性缺陷，实现转矩的瞬时精准平稳控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无刷直流电机精准直接转矩控制系统，包括：

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

转速比较元件，所述转速比较元件和转子位置检测元件电性连接，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，所述速度控制器和转速比较元件电性连接，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，所述转矩检测元件和无刷直流电机电性连接，用于检测无刷直流电机的实时转矩；