[发明专利]一种基于辅助升压的无刷直流电机滑模控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于辅助升压的无刷直流电机滑模控制系统及其控制方法，属于无刷直流电机控制领域。本发明当电机本体运行在高速换相工况下，辅助升压变换器通过开关选择电路连接三相逆变器，变换器控制模块调节辅助升压变换器的占空比，调节辅助升压变换器输出电压的大小；当电机本体运行在低速换相工况下或非换相区间工况下，辅助升压变换器与三相逆变器断开，滑模控制模块生成电流参考值，经PI调节生成调制信号，驱动三相逆变器中的开关管。本发明克服了无刷直流电机严重的换相转矩脉动问题，提高了滑模控制方法在调速方面展示出的优良性能。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域，尤其涉及一种基于辅助升压的无刷直流电机滑模控制系统及控制方法。

背景技术

目前无刷直流电机(BLDCM)已经被广泛应用于航空航天、家用智能电器、绿色能源电动汽车、医学设备等领域。在航空航天等高端精密应用场合中，对BLDCM的精度和性能有着极高的要求，但BLDCM普遍存在较为严重的转矩脉动问题，电磁转矩的输出状况直接决定了电机控制系统性能，较大的转矩脉动自然会给电机带来噪声和振动等问题，严重降低电机控制系统的可靠性和使用寿命，限制其在高精度领域的应用。现有技术中，通过DC-DC变换器用以抑制转矩脉动，但传统的DC-DC变换器存在相同占空比下电压增益低、在相同电压输出情况下器件承受应力大等问题。

无刷直流电机是一个非线性并且具有强耦合特性的多参数变量的系统，具有一定的变结构模式，滑模控制(Sliding Mode Control，SMC)常应用于电机控制调速领域，它可以有效提升电机的动态响应速度，但基于传统趋近律SMC方法在BLDCM控制系统的应用时，对被控模型精度要求较高，并且可调节的滑模控制参数比较少，无法对主控制器进行局部精确细微的调整，稳定性也不能满足要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够兼顾抑制转矩脉动和电机速度调节的无刷直流电机控制系统及控制方法。

发明内容

本发明提供了一种基于辅助升压的无刷直流电机滑模控制系统及控制方法，将一种辅助升压变换拓扑应用到逆变器前端，使得电机在高速换相时直流母线电压稳定提高，保证了换相区电流变化速率一致，克服了无刷直流电机严重的换相转矩脉动问题，并进一步提高滑模控制方法在BLDCM调速方面展示出的优良性能。

本发明一方面提供了一种基于辅助升压的无刷直流电机滑模控制系统，包括电机本体、逆变电路、主控制器和转子位置检测电路，所述逆变电路包括依次连接的辅助升压变换器、开关选择电路和三相逆变器，所述主控制器包括变换器控制模块和滑模控制模块；

当电机本体运行在高速换相工况下，辅助升压变换器通过开关选择电路连接三相逆变器，变换器控制模块调节辅助升压变换器的导通比α，调节辅助升压变换器输出电压的大小；

当电机本体运行在低速换相工况下或非换相区间工况下，辅助升压变换器通过开关选择电路与三相逆变器断开，滑模控制模块生成电流参考值，经PI调节生成调制信号，用以驱动三相逆变器中的开关管，对直流电源输入电压进行斩波调压。

进一步的，所述辅助升压变换器包括功率开关管Q₁、功率开关管Q₂，二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅、电感L、电容C₁、电容C₂、电容C₃和电容C₄；