[发明专利]适用于无刷直流电机的变开关点的直接自控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于无刷直流电机的变开关点的直接自控制方法，其中，有效矢量的选择通过磁链控制环节实现，零矢量的插入通过变开关点控制器实现，其开关状态的切换点(开关点)可以发生在控制周期的任意时刻，主要包括求取电机转矩变化率、选取电机有效电压矢量、开关脉冲的产生、计算开关点时刻和计算电机转速。本发明考虑到了无刷直流电机控制系统的稳态转矩特性及逆变器开关频率；将转矩波动的峰值由控制周期的起始时刻平移到控制周期内部，通过计算变开关时刻的最优值减小了转矩波动，从而改善了系统的稳态特性，表现为稳态下系统转速跟踪误差小，系统运行更平稳。本发明实现了在无位置传感器的前提下对电机运行性能的优化。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域，特别涉及在无位置传感器的情况下，兼顾电机的运行性能的电机控制领域。具体讲，涉及适用于无刷直流电机的直接自控制方法。

背景技术

无刷直流电机被广泛使用于工业应用场合，由于其具有转矩密度高、效率高等优势，近年来在电动汽车的驱动领域成为了关注的焦点。

转子位置信息的获取是对无刷直流电机进行精确控制的必要条件。安装传统的机械式位置传感器不仅会增加成本，还会降低整个系统的可靠性。采用电压、电流等易测量的信号辨识位置信号，从而实现无位置传感器控制是一种很有价值的解决方案。然而，无位置传感器控制算法可能给电机的运行性能带来调速范围窄，带载能力差，转矩波动大等不利影响。

在无位置传感器的情况下，兼顾电机的运行性能，对电机进行精确控制已成为当前的研究热点。由于磁链变量中包含转子位置信息，若能对该信息进行提取，则能够实现无刷直流电机的无位置传感器控制。

目前，基于磁链的位置信号辨识方法已在电机控制、伺服系统运行控制等领域得到成功应用。其应用包括基于磁链观测器，配合电流滞环比较器实现对电机的无位置传感器控制。此外，磁链作为一个与电机特性密切相关的变量，除了能够用来辨识转子位置信号，还能够作为控制变量控制电机的运行。然而，将直接转矩控制应用于反电动势为非正弦波的无刷直流电机时，跟踪的定子磁链轨迹实际为跳变的花瓣形，导致磁链给定函数较为复杂。直接转矩控制通过查开关表的方式来实时选取电压矢量，而开关表的建立需要转子位置信息，因而若欲实现无位置传感器控制，通常需要结合先进控制算法对位置信号进行辨识。若能够让磁链信号同时发挥双重作用，则能够简化控制结构。无刷直流电机的直接自控制方法通过对反电动势求积分观测定子磁链的幅值和相位，并根据定子磁链与转子位置之间的对应关系，利用定子磁链直接得出换相信号。然而与直接转矩控制类似，直接自控制采用磁链及转矩滞环比较器直接选取电压矢量以获取较快的动态响应，然而这种控制结构也带来了较大的转矩波动。

发明内容

为克服技术的不足，提供一种适用于无刷直流电机的变开关点的直接自控制方法，有效提升系统的稳态性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种适用于无刷直流电机的变开关点的直接自控制方法，包括以下步骤：

步骤一、求取电机转矩变化率：

式(1)中，T_e为电机的电磁转矩；T_s为控制周期；R_s、L_s分别为电机绕组相电阻和电机绕组相电感；i_sα、i_sβ分别为电机绕组相电流在两相静止坐标系下的分量；k_α和k_β均为与反电动势系数k_e有关的常数，在不同的有效电压矢量作用下k_α和k_β的取值如下：

其中，V₁至V₆分别为逆变器在120°导通模式下6种不同开关状态的电压矢量；