[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

摘要

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。

主权项

一种适用于无刷直流电机的变开关点的直接自控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、求取电机转矩变化率：s=dTedt=kαdisαdt+kβdisβdt=e-RsLs·Ts2·(1LsM1-RsLsM2-1LsM3)---(1)]]>式(1)中，Te为电机的电磁转矩；Ts为控制周期；Rs、Ls分别为电机绕组相电阻和电机绕组相电感；isα、isβ分别为电机绕组相电流在两相静止坐标系下的分量；kα和kβ均为与反电动势系数ke有关的常数，在不同的有效电压矢量作用下kα和kβ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；式(1)中，M1反映了所选的电压矢量对电机转矩变化率的影响，有：M1＝kαusα+kβusβ  (2)式(2)中，usα、usβ分别为电机绕组相电压在两相静止坐标系下的分量；式(1)中，M2反映了定子电流的采样值对电机转矩变化率的影响，有：M2＝kαisα+kβisβ  (3)式(1)中，M3反映了反电动势对电机转矩变化率的影响，有：M3＝kαeα+kβeβ  (4)式(4)中，eα、eβ分别为电机定子绕组相反电势在两相静止坐标系下的分量；步骤二、选取电机有效电压矢量：有效电压矢量根据定子磁链矢量在三相静止坐标系的ABC坐标轴上的投影值进行选择；设转子永磁体磁链的幅值为定子磁链幅值的给定值ψs*；在定子磁链矢量逆时针运动的过程中，导致有效电压矢量发生切换的边界条件包括下述情形之一：a)定子磁链矢量的投影值增大到ψs*；b)定子磁链矢量的投影值减小到‑ψs*；c)定子磁链矢量的投影值增大到0；d)定子磁链矢量的投影值减小到0；其中，有效电压矢量两次切换之间的时间即为定子磁链矢量转过一个扇区所需的时间T；步骤三、产生开关脉冲：一个控制周期内作用有两个电压矢量，分别为第1电压矢量Vx1和第2电压矢量Vx2，当前控制周期为n，将第n‑1个周期第2电压矢量赋值给当前控制周期n的第1电压矢量Vx1，如果该第1电压矢量Vx1为零矢量，则将滞环比较器当前输出的有效矢量赋值给当前控制周期n的第2电压矢量Vx2；如果该第1电压矢量Vx1为有效矢量，则该第2电压矢量Vx2设为零矢量；其中，零矢量是指逆变器正向导通相和负向导通相下桥臂的MOS管导通；步骤四、计算开关点时刻：以转矩波动最小化为控制目标确定开关点的位置，即矢量作用时间t1a：t1a=2(Te*-Te0)-s2Ts2s1-s2---(5)]]>式(5)中，Te*表示电磁转矩的参考值，Te0表示第n个采样时刻的电磁转矩实际值；一个控制周期内作用有两个电压矢量，分别为第1电压矢量Vx1和第2电压矢量Vx2，s1和s2分别是与第1电压矢量Vx1和第2电压矢量Vx2对应的转矩变化率，t1a的限幅值如下：t1a=0,t1a<0t1a,0≤t1a≤TsTs,t1a>Ts---(6)]]>步骤五、计算电机转速：电机每转过一个扇区，磁链滞环比较器自动进行一次有效电压矢量的切换，无需转子位置信息提供换相信号，即可使电机沿着逆时针方向运转；电机在每个扇区的平均转速为：ωe=π3·T---(7)]]>式(7)中，T为定子磁链矢量转过一个扇区所需的时间。