CN103647492B - 一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法，所述方法如下：将无刷直流电机中性点接地，使中性点电压钳位为0；通过三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间功率管及续流二极管的通断状态，确定无刷直流电机端电压，三相端电压与中性点电压相减得到三相相电压；采用电流传感器检测得到三相相电流，根据定子磁链的电压模型计算得到三相定子磁链；通过CLARK变换，将三相定子磁链通过高通滤波器滤波；将高通滤波器滤波后的三相定子磁链进行矢量合成，得到无刷直流电机定子磁链。本发明所需的电机参数少，结构简单，计算量小，硬件成本低。

Description

一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机，尤其涉及一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法。

背景技术

无刷直流电机具有结构简单、功率密度高、控制简单等诸多优点。近年来，无刷直流电机在高性能调速系统和伺服控制系统等工业领域中得到了日益广泛的应用。

无刷直流电机直接转矩控制中，定子磁链的辨识对于电机的稳定运行具有重要的影响。若定子磁链辨识不准，将导致无刷直流电机气隙磁场饱和、定子电流波形畸变、转矩输出异常，严重时会使无刷直流电机不能正常运行。目前，公知的现有技术是预先假设无刷直流电机的三相反电势为理想梯形反电势，通过对理想反电势的直接积分得到定子磁链。因此，现有技术的辨识效果与实际值差别较大，电机控制性能难以满足要求。因此，如何准确辨识定子磁链，是现有技术有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法。

本发明一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法，包括如下步骤：

步骤1：将无刷直流电机中性点接地；

步骤2：确定无刷直流电机A、B、C三相端电压和相电压；

步骤3：计算无刷直流电机A、B、C三相定子磁链；

步骤4：将计算得到的A、B、C三相定子磁链通过高通滤波器滤波；

步骤5：将高通滤波后的A、B、C三相定子磁链进行矢量合成，得到无刷直流电机定子磁链。

步骤2所述的确定无刷直流电机端电压的方法是：

无刷直流电机端电压的确定，分为三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间两种情况分别考虑，三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间通过检测关断相电流是否为0判断：当关断相电流为0，则表明三相全桥逆变器处于正常导通期间；当关断相电流不为0，则表明三相全桥逆变器处于换相期间；

三相全桥逆变器正常导通期间，开通两相端电压通过功率管的状态确定：若所在相的上桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正；若所在相的下桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；由于正常导通期间关断相无电流流过，且无刷直流电机中性点N的电压为0，故关断相端电压为该相反电势数值；

三相全桥逆变器换相期间，开通两相端电压确定方法与三相全桥逆变器正常导通期间的‐相同；由于换相期间续流二极管开通，关断相端电压通过续流二极管的状态确定：若所在相的上桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若所在相的下桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负。

步骤2所述的确定无刷直流电机相电压的方法是：

将上述端电压减去上述中性点N的电压，得到无刷直流电机相电压，由于上述中性点N的电压为0，故相电压与上述端电压相同：A相相电压u_a等于A相端电压，B相相电压u_b等于B相端电压，C相相电压u_c等于C相端电压。

本发明所需的电机参数少，结构简单，计算量小，硬件成本低。

附图说明

图1为一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法流程图。

具体实施方式

结合图1叙述本发明的一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法，包括下列步骤：

步骤1：将无刷直流电机中性点接地

将无刷直流电机中性点接地，则中性点的电压钳位为0。

步骤2：确定无刷直流电机A、B、C三相端电压和相电压

无刷直流电机端电压的确定，可分三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间两种情况分别考虑，三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间通过检测关断相电流是否为0判断：当关断相电流为0，则表明三相全桥逆变器处于正常导通期间；当关断相电流不为0，则表明三相全桥逆变器处于换相期间；

三相全桥逆变器正常导通期间，开通两相端电压通过功率管的状态确定：若所在相的上桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若所在相的下桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；由于正常导通期间关断相无电流流过，且无刷直流电机中性点N的电压为0，故关断相端电压为该相反电势数值；

三相全桥逆变器换相期间，开通两相端电压确定方法与三相全桥逆变器正常导通期间的相同；由于换相期间续流二极管开通，关断相端电压通过续流二极管的状态确定：若所在相的上桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若所在相的下桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；

将上述端电压减去上述中性点N的电压，得到无刷直流电机相电压，由于上述中性点N的电压为0，故相电压与上述端电压相同：A相相电压u_a等于A相端电压，B相相电压u_b等于B相端电压，C相相电压u_c等于C相端电压。

步骤3：计算无刷直流电机A、B、C三相定子磁链

采用上述无刷直流电机A、B、C三相相电压u_a、u_b、u_c以及通过电流传感器检测得到的A、B、C三相相电流i_a、i_b、i_c，根据定子磁链的电压模型，计算得到A、B、C三相定子磁链：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_a=\∫(u_a-R_a{i}_a)\mathrm{dt}\\ {\mathrm{\ψ}}_b=\∫(u_b-R_b{i}_b)\mathrm{dt}\\ {\mathrm{\ψ}}_c=\∫(u_c-R_c{i}_c)\mathrm{dt}\end{array}\right.$

R_a、R_b、R_c分别为无刷直流电机A、B、C三相的相电阻。

步骤4：将计算得到的A、B、C三相定子磁链通过高通滤波器滤波

为消除纯积分算法引起的直流漂移，对计算得到的A、B、C三相定子磁链ψ_a、ψ_b、ψ_c高通滤波：

$\left\{\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_a=\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_c}{\mathrm{\ψ}}_a\\ {\widehat{\mathrm{\ψ}}}_b=\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_c}{\mathrm{\ψ}}_b\\ {\widehat{\mathrm{\ψ}}}_c=\frac{s}{s+{\mathrm{\ω}}_c}{\mathrm{\ψ}}_c\end{array}\right.$

ω_c为截止频率，s为拉氏变换算子。

步骤5：将高通滤波后的A、B、C三相定子磁链进行矢量合成，得到无刷直流电机定子磁链

采用CLARK变换，将高通滤波后的A、B、C三相定子磁链在α-β坐标系下矢量合成，得到无刷直流电机定子磁链：

$\left\{\begin{array}{c}{{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\α}}}^{*}=\frac{2}{3}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_a-\frac{1}{3}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_b-\frac{1}{3}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_c\\ {{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{s\β}}}^{*}=\frac{\sqrt{3}}{3}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_b-\frac{\sqrt{3}}{3}{\widehat{\mathrm{\ψ}}}_c\end{array}\right..$

Claims (3)

1.一种无刷直流电机定子磁链的辨识方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将无刷直流电机中性点接地；

步骤2：确定无刷直流电机A、B、C三相端电压和相电压；

步骤3：计算无刷直流电机A、B、C三相定子磁链；

步骤4：将计算得到的A、B、C三相定子磁链通过高通滤波器滤波；

步骤5：将高通滤波后的A、B、C三相定子磁链进行矢量合成，得到无刷直流电机定子磁链。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机定子磁链的辨识方法，其特征在于步骤2所述的确定无刷直流电机端电压的方法是：

无刷直流电机端电压的确定，分为三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间两种情况分别考虑，三相全桥逆变器正常导通期间和换相期间通过检测关断相电流是否为0判断：当关断相电流为0，则表明三相全桥逆变器处于正常导通期间；当关断相电流不为0，则表明三相全桥逆变器处于换相期间；

三相全桥逆变器正常导通期间，开通两相端电压通过功率管的状态确定：若所在相的上桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正；若所在相的下桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；由于正常导通期间关断相无电流流过，且无刷直流电机中性点N的电压为0，故关断相端电压为该相反电势数值；

三相全桥逆变器换相期间，开通两相端电压通过功率管的状态确定：若所在相的上桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正；若所在相的下桥臂功率管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；由于换相期间续流二极管开通，关断相端电压通过续流二极管的状态确定：若所在相的上桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若所在相的下桥臂续流二极管开通，则该所在相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负。

3.根据权利要求2所述的无刷直流电机定子磁链的辨识方法，其特征在于步骤2所述的确定无刷直流电机相电压的方法是：

将上述端电压减去上述中性点N的电压，得到无刷直流电机相电压，由于上述中性点N的电压为0，故相电压与上述端电压相同：A相相电压u_a等于A相端电压，B相相电压u_b等于B相端电压，C相相电压u_c等于C相端电压。