CN109600078A - 基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法 - Google Patents

基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，在永磁无刷直流电机的逆变器前加装串联的一级变换器和二级变换器，其中，一级变换器和二级变换器的驱动信号均由永磁无刷直流电机的数字信号处理器控制驱动；在换向期间，数字信号处理器通过滞环控制的方式控制一级变换器的输出电压，使无刷直流电机端电压满足换相过程中力矩波动可抑制性判据；在非换相过程中，数字信号处理器将二级变换器的占空比设置为50％，以此来控制二级变换器的输出电压，使得二级变换器的输出电压是一级变换器的输出电压的二分之一，以满足非换相过程中力矩波动可抑制性判据。本发明可以有效的抑制转矩脉动，使无刷直流电机运行更加稳定安全。

Description

基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法。
背景技术
永磁无刷直流电动机拥有和直流电机相媲美的调速性能，性能稳定，电路简单，控制精准，因此，电磁通常用作执行器并在工业中广泛使用。
就目前的控制方式而言，无刷直流电机在运行过程中的转矩脉动较大，易产生噪音，给系统的平稳运行和使用寿命带来不利影响。而且国内外学者对无刷直流电机的转矩脉动进行大量的研究分析，主要是针对齿槽转矩脉动、磁阻转矩脉动、电磁转矩脉动、换向转矩脉动提出了具体的解决方法，有效地减小了转矩脉动现象，但是多数局限于控制算法的研究和探讨。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，可以有效的抑制转矩脉动，使无刷直流电机运行更加稳定安全。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，在永磁无刷直流电机的逆变器前加装串联的一级变换器和二级变换器，其中，一级变换器和二级变换器的驱动信号均由永磁无刷直流电机的数字信号处理器控制驱动；在换向期间，数字信号处理器实时采样电机相电流作为电流内环的反馈，通过滞环控制的方式控制一级变换器的输出电压，使无刷直流电机端电压满足换相过程中力矩波动可抑制性判据；在非换相过程中，数字信号处理器将二级变换器的占空比设置为50％，以此来控制二级变换器的输出电压，使得二级变换器的输出电压是一级变换器的输出电压的二分之一，以满足非换相过程中力矩波动可抑制性判据。
所述一级变换器包括第一开关管、第一二极管和第一电感，所述第一开关管的控制极与数字信号处理器的第一驱动端相连，阳极与电压端相连，阴极与第一电感的一端相连，所述第一电感的另一端与二级变换器相连，第一电感的一端还与第一二极管的负极相连，所述第一二极管的正极接地。
所述二级变换器包括第二开关管、第二二极管、第二电感和第三二极管；所述第二开关管的控制极与数字信号处理器的第二驱动端相连，阳极与一级变换器的输出端相连，阴极与第二电感的一端相连，所述第二电感的另一端与逆变器的输入端相连，所述第二电感的一端还与第二二极管的负极相连，所述第二二极管的正极接地；所述第三二极管的正极与第二电感的另一端相连，负极与一级变换器的输出端相连。
所述数字信号处理器通过控制第一开关管的通断将二级变换器的占空比设置为50％。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过调节逆变器前端的级联式变换器，使得永磁无刷直流电机在非换相期间和换相期间分别满足力矩波动的可抑制性判据，从而有效抑制永磁无刷直流电机在运行过程中的转矩脉动，并且提高了电源利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，如图1所示，在永磁无刷直流电机4的逆变器3前加装串联的一级变换器1和二级变换器2，其中，一级变换器1和二级变换器2的驱动信号均由永磁无刷直流电机4的数字信号处理器5控制驱动；数字信号处理器5获取永磁无刷直流电机4的位置信号、电流信号和速度信号，根据程序设定产生驱动信号1、驱动信号2和驱动信号3，其中，驱动信号1控制一级变换器，驱动信号2控制二级变换器，驱动信号3控制逆变器。在换向期间，数字信号处理器实时采样电机相电流作为电流内环的反馈，通过滞环控制的方式控制一级变换器的输出电压，使无刷直流电机端电压满足换相过程中力矩波动可抑制性判据；在非换相过程中，数字信号处理器将二级变换器的占空比设置为50％，以此来控制二级变换器的输出电压，使得二级变换器的输出电压是一级变换器的输出电压的二分之一，以满足非换相过程中力矩波动可抑制性判据。
其中，一级变换器包括第一开关管T1、第一二极管D1和第一电感L1，所述第一开关管T1的控制极与数字信号处理器的第一驱动端相连，阳极与电压端相连，阴极与第一电感L1的一端相连，所述第一电感L1的另一端与二级变换器相连，第一电感L1的一端还与第一二极管D1的负极相连，所述第一二极管D1的正极接地。
二级变换器包括第二开关管T2、第二二极管D2、第二电感L2和第三二极管D3；所述第二开关管T2的控制极与数字信号处理器的第二驱动端相连，阳极与一级变换器的输出端A相连，阴极与第二电感L2的一端相连，所述第二电感L2的另一端与逆变器的输入端B相连，所述第二电感L2的一端还与第二二极管D2的负极相连，所述第二二极管D2的正极接地；所述第三二极管D3的正极与第二电感L2的另一端(即逆变器的输入端B)相连，负极与一级变换器的输出端A相连。
根据绕组电压方程，可以推导出的无刷直流电机力矩波动可抑制性判据，换相期间：Udc1＝3Ri0+4Em，非换相期间：Udc2＝2Ri0+2Em，其中，Udc1为换相期间无刷直流电机的电压要求、Udc2为非换相期间无刷直流电机的电压要求；由此可以看出，转矩波动抑制在换相期间、非换相期间对于无刷直流电机端电压的要求是不同的。本实施方式的抑制方法是通过级联式变换器自动“识别”无刷直流电机的换向期间和非换相期间。换向期间，由于换向过程使得电机绕组电流小于二级变换器中电感L2上的电流，因此部分电感L2上的电流通过二极管D3流向A点，使得电机端电压钳位在A点。而该控制系统为转速、电流双闭环控制系统，其中外环为速度环，电机控制器实时计算出电机的转速作为电机速度环的反馈nf，与设定的电机转速给定nr经过PI调节器进行控制，转速外环输出值作为电流内环的给定，设为ir。内环是电流环，数字信号处理器实时采样电机相电流作为电流内环的反馈if。通过滞环控制控制一级变换器的功率管T1开通和关断来调节A点电位，使无刷直流电机端电压满足换相过程中力矩波动可抑制性判据。
在非换相过程中，根据无刷直流电机力矩波动可抑制性判据，Udc2接近为Udc1的二分之一，因此将二级变换器的占空比设置为50％，以此来控制B点电位，而B点电位就是非换相过程中电机的端电压，B点电位为A点电位的二分之一，因此满足非换相过程中力矩波动可抑制性判据。

Claims (5)

1.一种基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，其特征在于，在永磁无刷直流电机的逆变器前加装串联的一级变换器和二级变换器，其中，一级变换器和二级变换器的驱动信号均由永磁无刷直流电机的数字信号处理器控制驱动；在换向期间，数字信号处理器实时采样电机相电流作为电流内环的反馈，通过滞环控制的方式控制一级变换器的输出电压，使无刷直流电机端电压满足换相过程中力矩波动可抑制性判据；在非换相过程中，数字信号处理器将二级变换器的占空比设置为50％，以此来控制二级变换器的输出电压，使得二级变换器的输出电压是一级变换器的输出电压的二分之一，以满足非换相过程中力矩波动可抑制性判据。
2.根据权利要求1所述的基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，其特征在于，所述一级变换器包括第一开关管、第一二极管和第一电感，所述第一开关管的控制极与数字信号处理器的第一驱动端相连，阳极与电压端相连，阴极与第一电感的一端相连，所述第一电感的另一端与二级变换器相连，第一电感的一端还与第一二极管的负极相连，所述第一二极管的正极接地。
3.根据权利要求2所述的基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，其特征在于，所述数字信号处理器通过控制第一开关管的通断来调节一级变换器的输出电压。
4.根据权利要求1所述的基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，其特征在于，所述二级变换器包括第二开关管、第二二极管、第二电感和第三二极管；所述第二开关管的控制极与数字信号处理器的第二驱动端相连，阳极与一级变换器的输出端相连，阴极与第二电感的一端相连，所述第二电感的另一端与逆变器的输入端相连，所述第二电感的一端还与第二二极管的负极相连，所述第二二极管的正极接地；所述第三二极管的正极与第二电感的另一端相连，负极与一级变换器的输出端相连。
5.根据权利要求4所述的基于级联式变换器的永磁无刷直流电机力矩波动抑制方法，其特征在于，所述数字信号处理器通过控制第一开关管的通断将二级变换器的占空比设置为50％。
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