CN109617489B - 一种无刷直流电机直接转矩控制方法 - Google Patents

一种无刷直流电机直接转矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于无刷直流电机控制设计技术领域，特别涉及一种无刷直流电机直接转矩控制方法，该方法包括以下步骤：获取无刷直流电机的三相电流iA、iB、iC，三相相电感LA、LB、LC，三相反电势波形fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)，以及转子位置角θr作为获取信息；根据获取信息及无刷直流电机的预定控制信息计算得到无刷直流电机的定子磁链位置角θs、定子磁链幅值ψs、定子磁链幅值期望值
Figure DDA0002622701730000011
电磁转矩反馈值Te、电磁转矩预定值
Figure DDA0002622701730000012
作为判定信息；根据判定信息生成对应的控制指令；根据控制指令输出对应的电压矢量，所述电压矢量用于驱动所述无刷直流电机。与现有控制方法相比，该方法可全面提升无刷直流电机的综合控制性能。

Description

一种无刷直流电机直接转矩控制方法
技术领域
本申请属于无刷直流电机控制设计技术领域，特别涉及一种无刷直流电机直接转矩控制方法。
背景技术
反电势波形为梯形波的无刷直流电机本身具有功率密度高、效率高、动态响应速度快的优点，其应用范围广泛。当前，反电势波形为梯形波的无刷直流电机的控制方法，以两相导通三相星形六状态脉宽调制控制方式为主，属于标量控制方法，实施简单易行，但是无法对无刷直流电机的磁场和转矩进行精确的、高动态性能的闭环控制，存在以下问题：
1)相转矩脉动大，转矩控制精度低；
2)动态响应性能受比例积分控制算法限制；
3)不能实现最大转矩电流比控制和最小铜耗控制，电机转矩输出能力、运行效率和功率密度有待提升；
4)无法实现精确的弱磁控制，调速范围有待拓宽。
目前，领域内技术人员针对以上问题提出了多种改进方法，但其只能有针对性地对上述问题中的某一项或某几项进行改进或者优化，不能够实现对无刷直流电机综合控制性能的全面提高。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种无刷直流电机直接转矩控制方法，以克服或减轻至少上述一方面的问题。
本申请的技术方案是：一种无刷直流电机直接转矩控制方法，用于反电势波形为梯形的无刷直流电机，包括以下步骤：
获取无刷直流电机的三相电流iA、iB、iC，三相相电感LA、LB、LC，三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)，在αβ两相静止坐标系下的转子磁链ψαf(θr)和ψβf(θr)，电角速度ωr，以及转子位置角θr作为获取信息；
根据获取信息及无刷直流电机的预定控制信息计算得到无刷直流电机的定子磁链位置角θs、定子磁链幅值ψs、定子磁链幅值期望值
Figure GDA0002622701720000021
电磁转矩反馈值Te、电磁转矩预定值
Figure GDA0002622701720000022
作为判定信息；
根据判定信息生成对应的控制指令；
根据控制指令输出对应的电压矢量，电压矢量用于驱动无刷直流电机。
优选地，计算得到定子磁链位置角θs具体为：
Figure GDA0002622701720000023
其中，
ψα、ψβ为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链，具体为：
ψα＝ψαf(θr)+LMiα；
ψβ＝ψβf(θr)+LMiβ；其中，
LM为无刷直流电机的平均电感值，具体为
Figure GDA0002622701720000024
iα、iβ为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相电流，由三相电流iA、iB、iC变换得到，具体计算公式为
Figure GDA0002622701720000025
优选地，计算得到定子磁链幅值ψs具体为：
Figure GDA0002622701720000026
优选地，预定控制信息包括电磁转矩预定值
Figure GDA0002622701720000027
及无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000028
计算得到定子磁链幅值期望值
Figure GDA0002622701720000029
具体为：
Figure GDA00026227017200000210
其中，
Figure GDA00026227017200000211
为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链期望值；其中，
Figure GDA00026227017200000212
Figure GDA0002622701720000031
其中，
Figure GDA0002622701720000032
为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的电流期望值；其中，
Figure GDA0002622701720000033
Figure GDA0002622701720000034
其中，
θrμ为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的转子位置角，
Figure GDA0002622701720000035
fα(θr)、fβ(θr)为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相反电势波形函数，由所述无刷直流电机的三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)变换得到，具体计算公式为：
Figure GDA0002622701720000036
Figure GDA0002622701720000037
为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴电流期望值，
Figure GDA0002622701720000038
其中ke为无刷直流电机的相反电势系数，np为所述无刷直流电机的极对数；
fQ(θrμ)为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴反电势波形函数，
Figure GDA0002622701720000039
优选地，计算得到电磁转矩反馈值Te具体为：
Te＝npke[fA(θr)iA+fB(θr)iB+fC(θr)iC]；或，
Figure GDA00026227017200000310
或，
Figure GDA00026227017200000311
其中，
iD和iQ分别为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流和Q轴电流，具体计算公式为：
iD＝cos(θrμ)iα+sin(θrμ)iβ；
iQ＝-sin(θrμ)iα+cos(θrμ)iβ；
fD(θrμ)为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴反电势波形函数，fD(θrμ)＝cos(θrμ)iα+sin(θrμ)iβ。
优选地，控制指令有多个；
根据判定信息生成对应的控制指令，具体为：一个或多个τ值与
Figure GDA0002622701720000041
值及扇区的组合状态与一个控制指令相对应；
其中，
τ值由
Figure GDA0002622701720000042
和Te比较得到；
Figure GDA0002622701720000043
值由
Figure GDA0002622701720000044
和ψs比较得到；
扇区有多个，一个扇区与一个定子磁链位置角θs的范围相对应。
优选地，电压矢量有多个；
根据控制指令输出对应的电压矢量，具体为：一个电压矢量与一个控制指令相对应，根据一个控制指令输出相对应的电压矢量。
优选地，
Figure GDA0002622701720000045
优选地，控制指令包括第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令、第四控制指令、第五控制指令、第六控制指令；
控制指令根据控制指令表生成，控制指令表包括：
τ值与
Figure GDA0002622701720000046
值及扇区的组合状态；
任一组合状态与控制指令的对应关系；
τ值由
Figure GDA0002622701720000047
和Te比较得到，具体为：
判断转矩差值是否大于正转矩阈值，若转矩差值大于正转矩阈值，τ值取第一转矩比较值；否则，
判断转矩差值是否小于负转矩阈值，若转矩差值小于负转矩阈值，τ值取第二转矩比较值；否则，
τ值取τ值的原值；
其中，
Figure GDA0002622701720000048
正转矩阈值＝△Te；负转矩阈值＝-△Te；△Te>0；；
Figure GDA0002622701720000049
值由
Figure GDA00026227017200000410
和ψs比较得到，具体为：
判断定子磁链幅值差值是否大于正定子磁链幅值阈值，若定子磁链幅值差值大于正定子磁链幅值阈值，
Figure GDA00026227017200000411
值取第一定子磁链幅值比较值；否则，
判断定子磁链幅值差值是否小于负定子磁链幅值阈值，若定子磁链幅值差值小于负定子磁链幅值阈值，
Figure GDA0002622701720000054
值取第二定子磁链幅值比较值；
否则，
Figure GDA0002622701720000051
值取
Figure GDA0002622701720000052
值的原值；
其中，
Figure GDA0002622701720000053
正定子磁链幅值阈值＝△ψs；负定子磁链幅值阈值＝-△ψs；△ψs>0；扇区包括第一扇区、第二扇区、第三扇区、第四扇区、第五扇区以及第六扇区；
一个扇区与一个定子磁链位置角θs的范围相对应，具体为：
θs位于(11π/6，2π]U(0,π/6]对应第一扇区；
θs位于(π/6,π/2]对应第二扇区；
θs位于(π/2,5π/6]对应第三扇区；
θs位于(5π/6,7π/6]对应第四扇区；
θs位于(7π/6,3π/2]对应第五扇区；
θs位于(3π/2,11π/6]对应第六扇区。
优选地，电压矢量包括第一电压矢量、第二电压矢量、第三电压矢量、第四电压矢量、第五电压矢量、第五电压矢量；
第一电压矢量的角度为π/；第二电压矢量的角度为π/；第三电压矢量的角度为π/；第四电压矢量的角度为π/；第五电压矢量的角度为π/；第六电压矢量的角度为π/；
根据一个控制指令输出相对应的电压矢量，具体为：
三相全桥逆变器中六个开关功率器件开通或关断从而具有多个通断状态，包括第一通断状态、第二通断状态、第三通断状态、第四通断状态、第五通断状态、第六通断状态；其中，
三相全桥逆变器的一个通断状态输出一个电压矢量；
一个控制指令控制三相全桥逆变器处于一个通断状态。
本申请至少存在以下有益技术效果：提出了一种无刷直流电机直接转矩控制方法，该方法可以准确地实现具有最大转矩电流比特性的磁链闭环和电磁转矩闭环控制，与现有控制方法相比，本方法可从提高转矩控制精度、提高转矩动态响应性能、减小相同转矩输出条件下的铜耗、提高运行效率、提高功率密度和提高弱磁控制性能等多方面，全面提升无刷直流电机的综合控制性能。
附图说明
图1是本申请无刷直流电机直接转矩控制方法的流程图；
图2是本申请无刷直流电机直接转矩控制方法的原理图。
图3是图2中三相全桥逆变器的拓扑结构原理图；
图4是图3中三相全桥逆变器六个开关功率器件开通或关断与其通断状态对应的示意图；
图5本申请无刷直流电机直接转矩控制方法中所定义的电压矢量与扇区的相对关系示意图。
其中：
1：无刷直流电机；2、三相全桥逆变器；3、传感器。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。
一种无刷直流电机直接转矩控制方法，用于反电势波形为梯形的无刷直流电机，包括以下步骤：
获取无刷直流电机的三相电流iA、iB、iC，三相相电感LA、LB、LC，三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)，在αβ两相静止坐标系下的转子磁链ψαf(θr)和ψβf(θr)，以及转子位置角θr作为获取信息；
根据获取信息及无刷直流电机的预定控制信息计算得到无刷直流电机的定子磁链位置角θs、定子磁链幅值ψs、定子磁链幅值期望值
Figure GDA0002622701720000071
电磁转矩反馈值Te、电磁转矩预定值
Figure GDA0002622701720000072
作为判定信息；
根据判定信息生成对应的控制指令；
根据控制指令输出对应的电压矢量，电压矢量用于驱动无刷直流电机。
进一步地，计算得到定子磁链位置角θs具体为：
Figure GDA0002622701720000073
其中，
ψα、ψβ为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链，具体为：
ψα＝ψαf(θr)+LMiα；
ψβ＝ψβf(θr)+LMiβ；其中，
LM为无刷直流电机的平均电感值，具体为
Figure GDA0002622701720000074
iα、iβ为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相电流，由三相电流iA、iB、iC变换得到，具体计算公式为
Figure GDA0002622701720000075
ψαf(θr)和ψβf(θr)为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的转子磁链。
进一步地，计算得到定子磁链幅值ψs具体为：
Figure GDA0002622701720000076
进一步地，预定控制信息包括电磁转矩预定值
Figure GDA0002622701720000077
及无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000078
计算得到定子磁链幅值期望值
Figure GDA0002622701720000079
具体为：
Figure GDA00026227017200000710
其中，
Figure GDA00026227017200000711
为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链期望值；其中，
Figure GDA0002622701720000081
Figure GDA0002622701720000082
其中，
Figure GDA0002622701720000083
为无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的电流期望值；其中，
Figure GDA0002622701720000084
Figure GDA0002622701720000085
其中，
θrμ为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的转子位置角，
Figure GDA0002622701720000086
fα(θr)、fβ(θr)为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相反电势波形函数，由所述无刷直流电机的三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)变换得到，具体计算公式为：
Figure GDA0002622701720000087
Figure GDA0002622701720000088
为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴电流期望值，
Figure GDA0002622701720000089
其中ke为无刷直流电机的相反电势系数，np为所述无刷直流电机的极对数；
fQ(θrμ)为无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴反电势波形函数，
Figure GDA00026227017200000810
进一步地，计算得到电磁转矩反馈值Te具体为：
Te＝npke[fA(θr)iA+fB(θr)iB+fC(θr)iC]；或，
Figure GDA00026227017200000811
或，
Figure GDA00026227017200000812
其中，
iD和iQ分别为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流和Q轴电流，具体计算公式为：
iD＝cos(θrμ)iα+sin(θrμ)iβ；
iQ＝-sin(θrμ)iα+cos(θrμ)iβ；
fD(θrμ)为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴反电势波形函数，采用申请实施例所公开的θrμ计算方法时，可以实际得到fD(θrμ)＝0，从而，还可以采用公式Te＝npkefQ(θrμ)iQ计算。
进一步地，控制指令有多个；根据判定信息生成对应的控制指令，具体为：一个或多个τ值与
Figure GDA0002622701720000091
值及扇区的组合状态与一个控制指令相对应；其中，τ值由
Figure GDA0002622701720000092
和Te比较得到；
Figure GDA0002622701720000093
值由
Figure GDA0002622701720000094
和ψs比较得到；扇区有多个，一个扇区与一个定子磁链位置角θs的范围相对应。
进一步地，电压矢量有多个；根据控制指令输出对应的电压矢量，具体为：一个电压矢量与一个控制指令相对应，根据一个控制指令输出相对应的电压矢量。
进一步地，
Figure GDA0002622701720000095
在申请中无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000096
根据弱磁控制需求确定，若不需要进行弱磁控制，就令
Figure GDA0002622701720000097
需要进行弱磁控制，就令
Figure GDA0002622701720000098
并且等于满足弱磁控制需求的D轴电流给定值，还可以令
Figure GDA0002622701720000099
并且等于满足增磁控制需求的D轴电流给定值。
进一步地，控制指令包括第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令、第四控制指令、第五控制指令、第六控制指令；控制指令根据控制指令表生成，控制指令表包括：
τ值与
Figure GDA00026227017200000910
值及扇区的组合状态；
任一组合状态与控制指令的对应关系；
τ值由
Figure GDA00026227017200000911
和Te比较得到，具体为：
判断转矩差值是否大于正转矩阈值，若转矩差值大于正转矩阈值，τ值取第一转矩比较值；否则，
判断转矩差值是否小于负转矩阈值，若转矩差值小于负转矩阈值，τ值取第二转矩比较值；否则，
τ值取τ值的原值；
其中，
Figure GDA00026227017200000912
正转矩阈值＝△Te；负转矩阈值＝-△Te；△Te>0；△Te的数值可根据对Te控制精度的需求进行选择，在此取△Te＝0.001N·m；
Figure GDA0002622701720000101
值由
Figure GDA0002622701720000102
和ψs比较得到，具体为：
判断定子磁链幅值差值是否大于正定子磁链幅值阈值，若定子磁链幅值差值大于正定子磁链幅值阈值，
Figure GDA0002622701720000103
值取第一定子磁链幅值比较值；否则，
判断定子磁链幅值差值是否小于负定子磁链幅值阈值，若定子磁链幅值差值小于负定子磁链幅值阈值，
Figure GDA0002622701720000104
值取第二定子磁链幅值比较值；
否则，
Figure GDA0002622701720000105
值取
Figure GDA0002622701720000106
值的原值；
其中，
Figure GDA0002622701720000107
正定子磁链幅值阈值＝△ψs；负定子磁链幅值阈值＝-△ψs；△ψs>0；
△ψs的数值可根据对ψs控制精度的需求进行选择，在此取ψs＝0.001Wb；
扇区包括第一扇区Ⅰ、第二扇区Ⅱ、第三扇区Ⅲ、第四扇区Ⅳ、第五扇区Ⅴ以及第六扇区Ⅵ；
一个扇区与一个定子磁链位置角θs的范围相对应，具体为：
θs位于(11π/6，2π]U(0,π/6]对应第一扇区Ⅰ；
θs位于(π/6,π/2]对应第二扇区Ⅱ；
θs位于(π/2,5π/6]对应第三扇区Ⅲ；
θs位于(5π/6,7π/6]对应第四扇区Ⅳ；
θs位于(7π/6,3π/2]对应第五扇区Ⅴ；
θs位于(3π/2,11π/6]对应第六扇区Ⅵ。
扇区与定子磁链位置角θs的范围对应关系如下表所示：
Figure GDA0002622701720000108
τ值与
Figure GDA0002622701720000109
值及扇区的组合状态与控制指令对应关系如下表所示：
Figure GDA00026227017200001010
Figure GDA0002622701720000111
控制指令表亦可参照上表制作，其中，为表示方便可令第一定子磁链幅值比较值＝1；第二定子磁链幅值比较值＝-1；第一转矩比较值＝1；第二转矩比较值＝-1。
进一步地，电压矢量包括第一电压矢量us1、第二电压矢量us2、第三电压矢量us3、第四电压矢量us4、第五电压矢量us5、第五电压矢量us6；
第一电压矢量us1的角度为π/6；第二电压矢量us2的角度为π/2；第三电压矢量us3的角度为5π/6；第四电压矢量us4的角度为7π/6；第五电压矢量us5的角度为3π/2；第六电压矢量us6的角度为11π/6；
根据一个控制指令输出相对应的电压矢量，具体为：
三相全桥逆变器中六个开关功率器件开通或关断从而具有多个通断状态，包括第一通断状态、第二通断状态、第三通断状态、第四通断状态、第五通断状态、第六通断状态；其中，
三相全桥逆变器的一个通断状态输出一个电压矢量；
一个控制指令控制三相全桥逆变器处于一个通断状态。
控制指令、三相全桥逆变器中六个开关的通断、三相全桥逆变器的通断状态、电压矢量及电压矢量的角度的对应关系如下表所示:
Figure GDA0002622701720000112
Figure GDA0002622701720000121
本申请实施例所公开的直接转矩控制方法是依靠磁链闭环控制和转矩闭环控制实现的，而磁链的闭环控制和转矩的闭环控制是通过向电机三相绕组上施加合适的电压矢量实现的，电压矢量即控制磁链又控制转矩。其中，τ值由
Figure GDA0002622701720000122
和Te比较得到，τ值反映的是需要将电磁转矩Te向增大方向调整或减小方向调整，；
Figure GDA0002622701720000123
值由
Figure GDA0002622701720000124
和ψs比较得到，
Figure GDA0002622701720000125
值反映的是需要将定子磁链幅值ψs向增大方向调整或减小方向调整，Te和ψs的大小的调整最终都是通过向电机施加合适的电压矢量实现的；定子磁链的角度θs反映了定子磁链所处的扇区，在不同的扇区内，每个电压矢量都可以控制Te和ψs增大或减小，但是，控制结果不同，因此，必须首先根据θs确定定子磁链所处的扇区，然后再根据τ和
Figure GDA0002622701720000126
确定需要控制Te和ψs增大还是减小，最后在六个电压矢量中选择一个能在定子磁链当前所处扇区内同时满足Te和ψs控制需求的电压矢量。
本申请中的新型无刷直流电机直接转矩控制是基于直接转矩控制原理、三相定子-两相静止坐标变换、两相静止-两相旋转坐标变换和三相导通定子电压矢量实现的，相比传统的无刷直流电机控制方法，全面提高了对无刷直流电机控制的综合性能，主要体现于以下几方面：
1)实现了无刷直流电机的最大转矩电流比控制，提高单位电流消耗下的转矩输出能力；
2)实现了无刷直流电机的最小铜耗控制，提高电机运行效率和功率密度；
3)消除了无刷直流电机的换相转矩脉动，提高转矩控制精度；
4)实现了无刷直流电机的直接转矩控制，提高了转矩动态性能；
5)实现了具有高动态性能的精确弱磁控制，拓展无刷直流电机调速范围；其中，
在定子磁链幅值期望值
Figure GDA0002622701720000127
计算过程中，用公式
Figure GDA0002622701720000128
计算无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的转子位置角θrμ，用公式
Figure GDA0002622701720000131
计算无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴反电势波形函数，并采用具有定子磁链闭环跟踪控制的直接转矩控制方法，实现最小铜耗控制和最大转矩电流比控制；
在电磁转矩Te的反馈值计算过程与转矩闭环控制中，利用三相反电势波形函数和三相相电流(或者反电势波形函数及相电流的坐标变换值)计算电磁转矩，并采用三相导通定子电压矢量控制电机运行，提高转矩控制精度，消除换相转矩脉动。
采用基于滞环比较算法的定子磁链幅值和电磁转矩闭环控制，实现无刷直流电机的直接转矩控制，提高转矩动态性能，降低控制参数调节难度；
设定D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000132
为零，即可以实现传统无刷直流电机控制方法无法实现的最小铜耗控制和最大转矩电流比控制，从而提高无刷直流电机运行效率和单位电流下的出力能力。
设定D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000133
为负，即可以实现传统无刷直流电机控制方法无法实现的具有高动态性能的精确弱磁控制，从而拓展了无刷直流电机调速范围。
设定D轴电流预定值
Figure GDA0002622701720000134
为正，即可以实现传统无刷直流电机控制方法无法实现的具有高动态性能的精确增磁控制，可以用于无刷直流电机负载角的调节控制。
本申请中无刷直流电机的电磁转矩给定值
Figure GDA0002622701720000135
可由转速外环闭环控制算法得到，本领域技术人员应当且容易理解的是，本申请所公开的控制方法可用于任何转速外环闭环控制方法下的内环电磁转矩和定子磁链闭环控制。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种无刷直流电机直接转矩控制方法，用于反电势波形为梯形的无刷直流电机，其特征在于，包括以下步骤：
获取无刷直流电机的三相电流iA、iB、iC，三相相电感LA、LB、LC，三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)，在αβ两相静止坐标系下的转子磁链ψαf(θr)和ψβf(θr)，以及转子位置角θr作为获取信息；
根据所述获取信息及所述无刷直流电机的预定控制信息计算得到所述无刷直流电机的定子磁链位置角θs、定子磁链幅值ψs、定子磁链幅值期望值
Figure FDA0002622701710000011
电磁转矩反馈值Te、电磁转矩预定值
Figure FDA0002622701710000012
作为判定信息；
根据所述判定信息生成对应的控制指令；
根据所述控制指令输出对应的电压矢量，所述电压矢量用于驱动所述无刷直流电机；
计算得到所述定子磁链位置角θs具体为：
Figure FDA0002622701710000013
其中，
ψα、ψβ为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链，具体为：
ψα＝ψαf(θr)+LMiα；
ψβ＝ψβf(θr)+LMiβ，其中，
LM为所述无刷直流电机的平均电感值，具体为
Figure FDA0002622701710000014
iα、iβ为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相电流，由所述三相电流iA、iB、iC变换得到，具体为：
Figure FDA0002622701710000015
计算得到所述定子磁链幅值ψs具体为：
Figure FDA0002622701710000016
所述预定控制信息包括所述电磁转矩预定值
Figure FDA0002622701710000017
及所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流预定值
Figure FDA0002622701710000021
计算得到所述定子磁链幅值期望值
Figure FDA0002622701710000022
具体为：
Figure FDA0002622701710000023
其中，
Figure FDA0002622701710000024
为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的定子磁链期望值；其中，
Figure FDA0002622701710000025
Figure FDA0002622701710000026
其中，
Figure FDA0002622701710000027
为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的电流期望值；其中，
Figure FDA0002622701710000028
Figure FDA0002622701710000029
其中，
θrμ为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的转子位置角，
Figure FDA00026227017100000210
fα(θr)、fβ(θr)为所述无刷直流电机在αβ两相静止坐标系下的两相反电势波形函数，由所述无刷直流电机的三相反电势波形函数fA(θr)、fB(θr)、fC(θr)变换得到，具体为：
Figure FDA00026227017100000211
Figure FDA00026227017100000212
为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴电流期望值，
Figure FDA00026227017100000213
其中，
ke为无刷直流电机的相反电势系数；
np为所述无刷直流电机的极对数；
fQ(θrμ)为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴反电势波形函数，
Figure FDA00026227017100000214
计算得到所述电磁转矩反馈值Te具体为：
Te＝npke[fA(θr)iA+fB(θr)iB+fC(θr)iC]；或，
Figure FDA0002622701710000038
其中，
iD为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的D轴电流，iD＝cos(θrμ)iα+sin(θrμ)iβ；
iQ分别为所述无刷直流电机在DQ两相旋转坐标系下的Q轴电流，iQ＝-sin(θrμ)iα+cos(θrμ)iβ；
所述控制指令有多个；
所述根据所述判定信息生成对应的控制指令，具体为：一个或多个τ值与
Figure FDA0002622701710000031
值及扇区的组合状态与一个所述控制指令相对应；
其中，
所述τ值由
Figure FDA0002622701710000032
和Te比较得到；
所述
Figure FDA0002622701710000033
值由
Figure FDA0002622701710000034
和ψs比较得到；
所述扇区有多个，一个所述扇区与一个所述定子磁链位置角θs的范围相对应；
所述电压矢量有多个；
所述根据所述控制指令输出对应的电压矢量，具体为：一个所述电压矢量与一个所述控制指令相对应，根据一个所述控制指令输出相对应的电压矢量；
Figure FDA0002622701710000035
所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令、第三控制指令、第四控制指令、第五控制指令、第六控制指令；
所述控制指令根据控制指令表生成，所述控制指令表包括：
所述τ值与所述
Figure FDA0002622701710000036
值及所述扇区的组合状态；以及，任一所述组合状态与所述控制指令的对应关系；
所述τ值由
Figure FDA0002622701710000037
和Te比较得到，具体为：
判断转矩差值是否大于正转矩阈值，若所述转矩差值大于所述正转矩阈值，所述τ值取第一转矩比较值；否则，
判断所述转矩差值是否小于负转矩阈值，若所述转矩差值小于所述负转矩阈值，所述τ值取第二转矩比较值；否则，
所述τ值取所述τ值的原值；
其中，
所述
Figure FDA0002622701710000041
所述正转矩阈值＝△Te；所述负转矩阈值＝-△Te；△Te>0；
所述
Figure FDA0002622701710000042
值由
Figure FDA0002622701710000043
和ψs比较得到，具体为：
判断定子磁链幅值差值是否大于正定子磁链幅值阈值，若所述定子磁链幅值差值大于所述正定子磁链幅值阈值，所述
Figure FDA0002622701710000044
值取第一定子磁链幅值比较值；否则，
判断定子磁链幅值差值是否小于负定子磁链幅值阈值，若所述定子磁链幅值差值小于所述负定子磁链幅值阈值，所述
Figure FDA0002622701710000045
值取第二定子磁链幅值比较值；
否则，
所述
Figure FDA0002622701710000046
值取所述
Figure FDA0002622701710000047
值的原值；
其中，
所述
Figure FDA0002622701710000048
所述正定子磁链幅值阈值＝△ψs；所述负定子磁链幅值阈值＝-△ψs；△ψs>0；
所述扇区包括第一扇区(Ⅰ)、第二扇区(Ⅱ)、第三扇区(Ⅲ)、第四扇区(Ⅳ)、第五扇区(Ⅴ)以及第六扇区(Ⅵ)；
所述一个所述扇区与一个所述定子磁链位置角θs的范围相对应，具体为：
θs位于(11π/6，2π]U(0,π/6]对应所述第一扇区(Ⅰ)；
θs位于(π/6,π/2]对应所述第二扇区(Ⅱ)；
θs位于(π/2,5π/6]对应所述第三扇区(Ⅲ)；
θs位于(5π/6,7π/6]对应所述第四扇区(Ⅳ)；
θs位于(7π/6,3π/2]对应所述第五扇区(Ⅴ)；
θs位于(3π/2,11π/6]对应所述第六扇区(Ⅵ)；
所述电压矢量包括第一电压矢量(us1)、第二电压矢量(us2)、第三电压矢量(us3)、第四电压矢量(us4)、第五电压矢量(us5)、第六电压矢量(us6)；
所述第一电压矢量(us1)的角度为π/6；所述第二电压矢量(us2)的角度为π/2；所述第三电压矢量(us3)的角度为5π/6；所述第四电压矢量(us4)的角度为7π/6；所述第五电压矢量(us5)的角度为3π/2；所述第六电压矢量(us6)的角度为11π/6；
所述根据一个所述控制指令输出相对应的电压矢量，具体为：
三相全桥逆变器中六个开关功率器件开通或关断，从而具有多个通断状态，包括第一通断状态、第二通断状态、第三通断状态、第四通断状态、第五通断状态、第六通断状态；其中，
所述三相全桥逆变器的一个所述通断状态输出一个所述电压矢量；
一个所述控制指令控制所述三相全桥逆变器处于一个所述通断状态。
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