CN102710188B - 一种无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置 - Google Patents

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章松发
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燕山大学
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Abstract

本发明属于无刷直流电机控制技术领域,公开了一种无刷直流电机的直接转矩控制方法,包括:A、根据电机的实际转速和指令转速,获取给定转矩;B、根据转子位置和电机输入端的三相电流值,获取估算转矩;C、根据给定转矩和估算转矩获取第一占空比,并与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比;D、根据最终占空比、转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态;E、根据开关管状态控制逆变器驱动电机运转。本发明还公开了一种无刷直流电机的直接转矩控制装置。本发明采用线反电势波形系数进行计算转矩,缩短了控制周期;并结合PWM技术,改善转矩滞环调节器,从而实现了电机电感小时的转矩脉动抑制;且能够实现无刷直流电机的四象限运行。

Description

一种无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置

技术领域

[0001] 本发明属于无刷直流电机控制技术领域,特别涉及一种转矩滞环调节的无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置。

背景技术

[0002] 无刷直流电机是针对传统直流电机的机械换向的弊病,采用电子换向的一种特种电机,也被认为是本世纪最有发展前途和广泛应用前景的电机之一,在航天航空系统、科学仪器、交通运输、国防军事装备、医疗器械、工业自动化装备等领域中得到日益广泛的应用。但在应用过程中,经常要遇到包括正、反转电动和制动等四象限运行情况,且由于无刷直流电机存在转矩脉动问题,也限制了它的应用场合。因此对无刷直流电机的控制方法在转矩调节上的效果,提出了更高的要求,即要实现小的转矩脉动,又要快速、平稳地实现四象限运行。

[0003] 直接转矩控制技术作为交流电机的一种高性能变频调速方案,摒弃了矢量控制的解耦控制思想,利用电机转矩磁链的直接闭环来获得快速的转矩响应和优良的控制性能,应用于感应电机和永磁同步电机取得了良好的效果,近年来直接转矩控制技术开始应用于无刷直流电机。

[0004]目前,在无刷直流电机领域应用的直接转矩控制技术包括以下几种:一种阶梯波反电势无刷直流电机直接转矩控制方法,结合了正弦波永磁同步电机空载定子磁链轨迹规则和无刷直流电机结构简单、功率密度高等优点,提高了永磁体的利用率,属于永磁同步电机的控制方法。另外一种无刷直流电机的磁链自控式直接转矩控制方法,可以解决由于采用转矩和电机磁链的双闭环调节,而使得系统控制方法复杂的问题,用于无刷直流电机的调速控制。再有一种直接转矩无刷直流伺服控制系统及其工作方法,将给定与计算的定子磁链和转矩的比较值,得到相应的频率为4-8kHz的磁链和转矩调节信号,从而提高逆变器开关频率来减小转矩脉动。

[0005] 但是,发明人在实现本发明时发现以上技术存在以下不足:转矩计算的复杂性,使主控芯片的计算量大,计算过程中需要进行坐标变换等复杂运算;且都没有考虑到无刷直流电机在电感小的情况下,如何处理瞬间施加全电压时,电流变化快而引起的转矩脉动问题。

发明内容

[0006](一)要解决的技术问题

[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种无刷直流电机的直接转矩控制方法和装置,以克服现有技术的转矩计算复杂性高、在电感小的情况下转矩脉动大的缺陷。

[0008] (二)技术方案

[0009] 为了达到上述目的,本发明提供了一种无刷直流电机的直接转矩控制方法,所述方法包括以下步骤:[0010] A、根据无刷直流电机的实际转速和指令转速,获取所述无刷直流电机的给定转矩;

[0011] B、根据所述无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值,获取所述无刷直流电机的估算转矩;

[0012] C、根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比;

[0013] D、根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态;

[0014] E、根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

[0015] 优选的,在所述步骤A中,包括:

[0016] Al、通过位置传感器获取所述无刷直流电机的实际转速;

[0017] A2、将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差,得到速度差;

[0018] A3、将所述速度差进行转速PI调节,得到所述无刷直流电机的给定转矩。

[0019] 优选的,所述步骤Al具体包括:所述位置传感器采用增量式光电编码器,根据单位时间内所述光电编码器发出的脉冲边沿数,计算得到所述无刷直流电机的实际转速。

[0020] 优选的,在所述步骤B中,包括:

[0021] B1、采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值,根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值;

[0022] B2、通过位置传感器检测所述无刷直流电机的转子位置;

[0023] B3、根据所述转子位置获取对应的线反电势常数;

[0024] B4、根据三相电流与线反电势常数,获取所述无刷直流电机的估算转矩。

[0025] 优选的,所述步骤B2具体包括:所述位置传感器采用增量式光电编码器,根据所述光电编码器发出的脉冲边沿数,进行转子位置换算,获得所述无刷直流电机的转子位置。

[0026] 优选的,所述步骤B4具体包括:

[0027] 根据公式

Figure CN102710188BD00051

获取所述无刷直流电机的估算转矩;其中,Te为估

算转矩,eba为绕组端口 B、A之间的线反电势,ib为绕组端口 B的电流,eca为绕组端口 C、A之间的线反电势,i。为绕组端口 C的电流,ωΜ为无刷直流电机的实际转速。

[0028] 优选的,在所述步骤C中,包括:

[0029] Cl、将所述无刷直流电机的给定转矩与估算转矩作差,得到转矩差;

[0030] C2、将所述转矩差进行转矩滞环调节得到第一占空比,所述转矩滞环调节采用四电平调节,不同的转矩差,对应输出不同的占空比。

[0031 ] 优选的,在所述步骤D中,包括:

[0032] 根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负与开关管状态的对应关系,选择开关管状态,所述对应关系为:

[0033]

Figure CN102710188BD00061

[0034] 其中,T*表示给定转矩,D表示最终占空比,每个电压矢量中的三个数字依次表示A、B、C三相的上下桥臂,“ I ”表示上桥臂完全导通,“ I*”表示上桥臂做PWM调制,“O”表示上下桥臂全关断,“-1 ”表示下桥臂完全导通,“-1*”表示下桥臂做PWM调制。

[0035] 本发明还提供了一种无刷直流电机的直接转矩控制装置,所述装置包括:

[0036] 给定转矩获取单元,用于根据无刷直流电机的实际转速和指令转速,获取所述无刷直流电机的给定转矩;

[0037] 估算转矩获取单元,用于根据所述无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值,获取所述无刷直流电机的估算转矩;

[0038] 最终占空比获取单元,用于根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比;

[0039] 开关管状态选择单元,用于根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态;

[0040] 逆变器控制单元,用于根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

[0041] 优选的,所述给定转矩获取单元包括:

[0042] 位置传感器,用于采集所述无刷直流电机的位置数据;

[0043] 速度计算子单元,用于根据所述位置数据获取所述无刷直流电机的实际转速;

[0044] 转速PI调节子单元,用于将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差得到的速度差进行转速PI调节,得到所述无刷直流电机的给定转矩。

[0045] 优选的,所述估算转矩获取单元包括:

[0046] 电流获取子单元,用于采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值,并根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值;

[0047] 位置换算子单元,用于对所述位置传感器采集的所述无刷直流电机的位置数据进行换算,得到所述无刷直流电机的转子位置;

[0048] 线反电势常数获取子单元,用于根据所述转子位置获取对应的线反电势常数;[0049] 电磁转矩估算子单元,用于根据三相电流与线反电势常数,获取所述无刷直流电机的估算转矩。

[0050] 优选的,所述最终占空比获取单元包括:

[0051] 滞环控制器,用于对所述给定转矩和估算转矩作差得到的转矩差进行转矩滞环调节,得到第一占空比;

[0052] 第二占空比获取子单元,用于根据所述无刷直流电机的实际转速,获取第二占空比;

[0053] 占空比计算子单元,用于将所述第一占空比和第二占空比相加,得到最终占空比。

[0054](三)有益效果

[0055] 本发明采用线反电势波形系数进行计算转矩,使DSP内计算转矩的过程变得简单化,缩短了控制周期;因为无刷直流电机电感小,使得要减小转矩脉动,要求控制周期非常短,但因为需要通过DSP等微处理器进行转矩计算,使得减小控制周期不易实现,因此结合PWM技术,改善了转矩滞环调节器,从而很好的实现电机电感小时的转矩脉动抑制问题;本发明所述的开关状态查询表,考虑了电机正反转电动与制动运行时的处理情况,能够实现无刷直流电机的四象限运行。

附图说明

[0056] 图1是本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制方法的流程图;

[0057] 图2是本发明实施例的另一种无刷直流电机的直接转矩控制方法的流程图;

[0058] 图3是本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制装置的结构框图;

[0059] 图4是本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制装置的结构示意图;

[0060] 图5是本发明实施例的无刷直流电机的直接转矩控制装置的控制结构框图;

[0061] 图6是本发明实施例采用的线反电势波形系数曲线示意图;

[0062] 图7是本发明实施例的双闭环控制中断程序流程图;

[0063] 图8是本发明实施例的转矩滞环控制框图;

[0064] 图9是本发明实施例的逆变器拓扑结构图。

具体实施方式

[0065] 下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

[0066] 本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制方法如图1所示,包括以下步骤:

[0067] 步骤SlOl,根据所述无刷直流电机的实际转速和指令转速,获取所述无刷直流电机的给定转矩。

[0068] 步骤S102,根据无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值,获取所述无刷直流电机的估算转矩。

[0069] 步骤S103,根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比。

[0070] 步骤S104,根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态。

[0071] 步骤S105,根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

[0072] 本发明实施例的另一种无刷直流电机的直接转矩控制方法如图2所示,包括以下步骤:

[0073] 步骤s201,通过位置传感器获取所述无刷直流电机的实际转速。本实施例中,具体为根据单位时间内增量式光电编码器发出的脉冲边沿数,计算得到所述无刷直流电机的实际转速。

[0074] 步骤S202,将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差,得到速度差;

[0075] 步骤s203,将所述速度差进行转速PI调节,得到所述无刷直流电机的给定转矩。本实施例中,具体包括:根据不同的电机参数得到转速与转矩之间的传递函数,根据如下公式

[0076]

Figure CN102710188BD00081

[0077] 通过速度差,经PI调节单元,获取所述无刷直流电机的估算转矩;其中,G(S)为传递函数,?为给定转矩,An(s)为速度差。

[0078] 步骤s204,采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值,根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值。本实施例中,具体包括:如下式

[0079] ia+ib+ic=0

[0080] 获取所述第三相电流值。其中,ia表示A相相电流,ib表示B相相电流,i。表示C相相电流。

[0081 ] 步骤s205,通过位置传感器检测所述无刷直流电机的转子位置。本实施例中,具体为根据增量式光电编码器发出的脉冲边沿数,进行转子位置换算,获得所述无刷直流电机的转子位置。

[0082] 步骤S206,根据所述转子位置获取对应的线反电势常数。本实施例中,具体包括:根据所做转子与线反电势对应的数据库得到对应的常数。而此数据库的由来如下:将两台完全相同的电机的转子用联轴器相联,一台作为发电机,一台作为电动机以恒速带动另一电机旋转,检测作为发电机的线反电势和转子位置,经数据处理,从而得到线反电势数据库。

[0083] 步骤s207,根据三相电流与线电势常数,获取所述无刷直流电机的估算转矩。本实施例中,具体为根据公式

Figure CN102710188BD00082

[0085] 获取所述无刷直流电机的估算转矩;其中,Te为估算转矩,eba为绕组端口 B、A之间的线反电势,ib为绕组端口 B的电流,为绕组端口 C、A之间的线反电势,i。为绕组端口 C的电流,ω„为无刷直流电机的实际转速。

[0086] 步骤S208,将所述无刷直流电机的估算转矩与给定转矩作差,得到转矩差;

[0087] 步骤S209,将所述转矩差进行转矩滞环调节得到第一占空比,所述转矩滞环调节采用四电平调节,不同的转矩差,对应输出不同的占空比。本实施例中,具体包括:当转矩差大于给定转矩的10%时,采用电平4,输出大的占空比;当转矩差大于给定转矩的3%时,采用电平3,输出较大的占空比;当转矩差大于给定转矩负值的3%时,采用电平2,输出较小的占空比;当转矩差大于给定转矩负值的10%时,采用电平1,输出小的占空比。

[0088] 步骤S210,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比。本实施例中,具体包括:根据实验数据统计,得到转速与反电势之间的关系,而反电势与母线电压之间的比值,即为第二占空比,从而得到转速与第二占空比之间的关系。

[0089] 步骤S211,根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负与开关管状态的对应关系,选择开关管状态。本实施例中,所述对应关系采用如表1所示的开关状态查询表:

[0090]表1

[0091]

Figure CN102710188BD00091

[0092] 其中,T*表示给定转矩,D表示最终占空比,每个电压矢量中的三个数字依次表示A、B、C三相的上下桥臂,“ I ”表示上桥臂完全导通,“ I*”表示上桥臂做PWM调制,“O”表示上下桥臂全关断,“-1 ”表示下桥臂完全导通,“-1*”表示下桥臂做PWM调制。

[0093] 步骤S212,根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

[0094] 本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制装置的结构如图3所示,包括给定转矩获取单元31、估算转矩获取单元32、最终占空比获取单元33、开关管状态选择单元34和逆变器控制单元35,所述最终占空比获取单元33分别与所述给定转矩获取单元31和估算转矩获取单元32连接,所述开关管状态选择单元34分别与所述最终占空比获取单元33和逆变器控制单元35连接。

[0095] 给定转矩获取单元31用于根据无刷直流电机的实际转速和指令转速,获取所述无刷直流电机的给定转矩。所述给定转矩获取单元31包括位置传感器、速度计算子单元和转速PI调节子单元,所述速度计算子单元分别与所述位置传感器和转速PI调节子单元连接。位置传感器用于采集所述无刷直流电机的位置数据;速度计算子单元用于根据所述位置数据获取所述无刷直流电机的实际转速;转速PI调节子单元用于将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差得到的速度差进行转速PI调节,得到所述无刷直流电机的给定转矩。

[0096] 估算转矩获取单元32用于根据所述无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值,获取所述无刷直流电机的估算转矩。所述估算转矩获取单元包括电流获取子单元、位置换算子单元、线反电势常数获取子单元和电磁转矩估算子单元,所述位置换算子单元分别与所述电流获取子单元和线反电势常数获取子单元连接,所述线反电势常数获取子单元与所述电磁转矩估算子单元连接。电流获取子单元用于采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值,并根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值;位置换算子单元用于对所述位置传感器采集的所述无刷直流电机的位置数据进行换算,得到所述无刷直流电机的转子位置;线反电势常数获取子单元用于根据所述转子位置获取对应的线反电势常数;电磁转矩估算子单元用于根据三相电流与线反电势常数,获取所述无刷直流电机的估算转矩。

[0097] 最终占空比获取单元33用于根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比。所述最终占空比获取单元包括滞环控制器、第二占空比获取子单元和占空比计算子单元,所述占空比计算子单元分别与所述滞环控制器和第二占空比获取子单元连接。滞环控制器用于对所述给定转矩和估算转矩作差得到的转矩差进行转矩滞环调节,得到第一占空比;第二占空比获取子单元用于根据所述无刷直流电机的实际转速,获取第二占空比;占空比计算子单元用于将所述第一占空比和第二占空比相加,得到最终占空比。

[0098] 开关管状态选择单元34用于根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态。

[0099] 逆变器控制 单元35用于根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转。

[0100] 本发明实施例的一种无刷直流电机的直接转矩控制装置的具体结构如图4所示。采用图4所示的装置时,首先将工频的交流电源经整流器整流,再经滤波得到直流电源,再由逆变器将所述直流电源转化为交流电源为所述无刷直流电机供电。其控制方法为:

[0101] 采集无刷直流电机输入端的两相电流值,通过计算得到另一相的电流值;采用位置传感器检测无刷直流电机的转子位置Θ,从而在线反电势数据库中对应找到一个值;根据三相电流与线电势常数,由电磁转矩估算模块计算出无刷直流电机的估算转矩Te;

[0102] 由速度计算模块计算得到无刷直流电机的实际转速;电机实际转速与指令转速作差得速度差△ ω„,此值进入转速环PI调节器,从而得到无刷直流电机的给定转矩Z

[0103] 将无刷直流电机的估算转矩Te与给定转矩:C作差,并经转矩滞环调节器调节得到第一占空比D1,加上与转速有关的第二占空比D2,得到最终占空比D,再结合转子位置与给定转矩的正负,最终在开关状态查询表中,选择出对应的开关状态作用在逆变器上,从而驱动无刷直流电机运行。本发明所述的开关状态查询表,考虑了电机正反转电动与制动运行时的处理情况,能够实现无刷直流电机的四象限运行。

[0104] 本发明实施例的无刷直流电机的直接转矩控制装置的控制结构如图5所示,本实施例将转矩估算模块、位置换算模块、速度计算模块、转速PI调节模块、转矩滞环调节模块和开关状态查询模块集成到一个DSP控制器中实现,并由所述DSP中嵌入的软件程序调用相应功能单元进行工作,具体的双闭环控制中断程序流程图如图7所示。

[0105] 转子位置Θ与转速ωΜ的由来:采用位置传感器检测无刷直流电机的转子角速度信号是指采用增量式光电编码器发出的脉冲边沿数,经位置转换单元进行转子位置换算得到Θ ;根据单位时间内所计编码器发出的脉冲边沿数,由速度计算单元计算得到电机转速

ω ο

rm °

[0106] 所述无刷直流电机的估算转矩Te的计算方法是基于线反电势波形系数,公式为:

[0107]

Figure CN102710188BD00111

[0108] 式中eba与‘分别为绕组端口 B,A之间和C,A之间的线反电势。而线反电势波形系数曲线如图6所示,此数据库是通过无刷直流电机被恒定的外力拖动,以恒定的转速运行,从而测出的数据。

[0109] 所述的转矩滞环调节,采用的是四电平调节,不同的转矩差,对应输出不同的占空比队,这并非为最终作用在PWM调制上的占空比,只是其中一部分,而这一部分,在电机刚起动时,却等于最终的占空比D。

[0110] 所述的占空比D由两部分相加组成,一部分是转矩滞环的输出D1,一部分是与转速有关的D2。原因是因为无刷直流电机电感小,所以为了调整相电流的变化率,考虑转速与反电势之间的关系,得到与转速有关的占空比D2。如图8所示的转矩滞环控制框图,清晰了表明了这种关系。

[0111] 所述的开关状态查询表根据最终的占空比D的大小与正负,结合转矩的正负与转子的位置,选择对应的开关状态,本发明所述的开关状态查询表,如表1所示,说明一下开关表中每个扇区分为前后30度的原因,是由于考虑电机的四象限运行,电机从任一扇区的前后部分进入,都要对应不同的开关状态,才能达到更快的转矩控制效果。而对于两扇区之间切换的时间,不能明确清楚,因此在每扇区中,以30度为分界。

[0112] 本发明实施例的逆变器拓扑结构如图9所示。根据图9来分析开关状态查询表表I的理论依据。首先,分析一下采用H_PWM-L_0N的调制方式,只有上桥臂做PWM调制,由第一扇区到第二扇区,即BC导通到BA导通的过程,且占空比大于0,则开关状态为(0,I*,-1)而非(0,1,-1*),到(-1,1*,0),因为只有上桥臂做PWM调制,详细分析过程如下所示:

[0113] 当处于换相完成,但续流还没有完成的前提下,A相下桥臂完全导通,B相上桥臂做PWM调制,C相上桥臂续流,则三相端电压分别为

[0114] Ua = O, Ub = D.Udc, uc = Udc (I)

[0115] 则中性点电压为

Figure CN102710188BD00112

[0117] 三相反电势为

[0118] ea = -E, eb = E, ec = -E (3)

[0119] 则中性点反电势为

Figure CN102710188BD00113

[0121] 理想情况下,换相过程中,B相电流不变,即变化率为0,本文计算中全部采用忽略Ri的方式,则根据式(I)至式(4)可知:

Figure CN102710188BD00121

[0124] 当换相完成,稳定运行时,即C相续流完成,则B相电流变化率的式子为

Figure CN102710188BD00122

[0127] 同理,由第二扇区到第三扇区,即BA导通到CA导通的过程,开关状态为(-1,I*, O)到(-1,O,I * ),根据 A相电流变化率为O,可得占空比为

Figure CN102710188BD00123

[0129] 由以上分析可知,电机从第一扇区到第三扇区,占空比大小由式(6)、(8)、(9)依次

变化,存在一个I的阶跃突变,即母线电压存在150V的阶跃突变,必将导致电流不平稳,从

而产生很大的转矩脉动。因此,本文采用H_PWM-L_0N与H_0N-L_PWM的组合调制方式,以第一扇区的后30度到第二扇区的前30度为例,开关状态见表1,分析如下:

[0130] 当处于换相完成,但续流还没有完成的前提下,A相下桥臂做PWM调制,B相上桥臂完全导通,C相上桥臂续流,则三相端电压分别为

[0131] ua = (1-D)Udc, ub = Udc, uc = Udc (10)

[0132] 则中性点电压为

Figure CN102710188BD00124

[0134] 三相反电势为

[0135] ea = -E, eb = E,ec = _E (12)

[0136] 则中性点反电势为

Figure CN102710188BD00125

[0138] 理想情况下,换相过程中,B相电流不变,即变化率为0,则根据式(10)至式(13)可知:

Figure CN102710188BD00126

[0141] 当换相完成,稳定运行时,即C相续流完成,则B相电流变化率的式子为

Figure CN102710188BD00127

[0144] 同理,由第二扇区到第三扇区,即BA导通到CA导通的过程,电压矢量见表1,根据A相电流变化率为0,可得占空比为

Figure CN102710188BD00131

[0146] 由以上分析可知,电机从第一扇区到第三扇区,占空比大小由式(15)、(17)、(18)依次变化,消除了I的阶跃突变情形。开关状态表1中的其它部分,同理也可以推导,这里不再罗列。因此,验证了所提出的开关状态查询表是可行的。

[0147] 由以上实施例可以看出,本发明采用线反电势波形系数进行计算转矩,使DSP内计算转矩的过程变得简单化,缩短了控制周期;因为无刷直流电机电感小,使得要减小转矩脉动,要求控制周期非常短,但因为需要通过DSP等微处理器进行转矩计算,使得减小控制周期不易实现,因此结合PWM技术,改善了转矩滞环调节器,从而很好的实现电机电感小时的转矩脉动抑制问题;本发明所述的开关状态查询表,考虑了电机正反转电动与制动运行时的处理情况,能够实现无刷直流电机的四象限运行。

[0148] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: A、根据无刷直流电机的实际转速和指令转速,获取所述无刷直流电机的给定转矩; B、根据所述无刷直流电机的转子位置和所述无刷直流电机的输入端的三相电流值,获取所述无刷直流电机的估算转矩; C、根据所述给定转矩和估算转矩获取第一占空比,所述第一占空比和与速度有关的第二占空比相加,得到最终占空比; D、根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负,选择开关管状态; E、根据所述开关管状态控制逆变器驱动所述无刷直流电机运转; 在所述步骤D中,包括: 根据所述最终占空比、无刷直流电机的转子位置和给定转矩的正负与开关管状态的对应关系,选择开关管状态,所述对应关系为:
Figure CN102710188BC00021
其中,Τ*表示给定转矩,D表示最终占空比,每个电压矢量中的三个数字依次表示A、B、C三相的上下桥臂,“ I ”表示上桥臂完全导通,“ I*”表示上桥臂做PWM调制,“O”表示上下桥臂全关断,“-1 ”表示下桥臂完全导通,“-1*”表示下桥臂做PWM调制。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,在所述步骤A中,包括: Al、通过位置传感器获取所述无刷直流电机的实际转速; A2、将所述无刷直流电机的实际转速和指令转速作差,得到速度差; A3、将所述速度差进行转速PI调节,得到所述无刷直流电机的给定转矩。
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,所述步骤Al具体包括:所述位置传感器采用增量式光电编码器,根据单位时间内所述光电编码器发出的脉冲边沿数,计算得到所述无刷直流电机的实际转速。
4.根据权利要求1所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,在所述步骤B中,包括:B1、采集所述无刷直流电机的输入端的两相电流值,根据所述两相电流值计算得到第三相的电流值; B2、通过位置传感器检测所述无刷直流电机的转子位置; B3、根据所述转子位置获取对应的线反电势常数; B4、根据三相电流与线反电势常数,获取所述无刷直流电机的估算转矩。
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,所述步骤B2具体包括:所述位置传感器采用增量式光电编码器,根据所述光电编码器发出的脉冲边沿数,进行转子位置换算,获得所述无刷直流电机的转子位置。
6.根据权利要求4所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,所述步骤B4具体包括: 根据公式
Figure CN102710188BC00031
e获取所述无刷直流电机的估算转矩;其中,Te为估算转矩,eba为绕组端口 B、A之间的线反电势,ib为绕组端口 B的电流,eca为绕组端口 C、A之间的线反电势,i。为绕组端口 C的电流,《„为无刷直流电机的实际转速。
7.根据权利要求1所述的无刷直流电机的直接转矩控制方法,其特征在于,在所述步骤C中,包括: Cl、将所述无刷直流电机的给定转矩与估算转矩作差,得到转矩差; C2、将所述转矩差进行转矩滞环调节得到第一占空比,所述转矩滞环调节采用四电平调节,不同的转矩差,对应输出不同的占空比。
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