CN110176890B - 基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法。设计一种无感混合储能系统，构建添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机驱动系统；根据无刷直流电机在恒速模式、加速模式及制动模式下的运行特点，设计无感混合储能系统的能量传输路径；制动模式下，根据无感混合储能系统中功率管和逆变桥中功率管的开关状态对电机输入线电压的作用构建四种类型开关矢量，并且根据不同开关矢量对制动转矩控制和制动能量回馈的影响选择最优开关矢量来控制功率管的开关状态，进而实现无刷直流电机制动转矩控制。本发明方法在整个制动过程中实现了制动转矩平稳控制和制动能量有效回馈的同时兼顾，不需要根据转速范围切换控制方式。

Description

基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法

技术领域

本发明涉及一种制动转矩控制方法。特别是涉及一种用于无刷直流电机的制动转矩控制方法。

背景技术

无刷直流电机以其功率密度高、输出转矩大、结构简单等优点在工业控制、航空航天和电动汽车等领域得到广泛应用。相比于电动状态，制动状态是电机运行的另一个重要状态。然而，在制动状态下，无刷直流电机不仅存在换相转矩波动问题，还存在制动转矩可控性及制动能量回馈等问题。

近年来，学者们提出利用电机自身电感、逆变桥功率开关管构成升压电路，并采用H-OFF_L-PWM和PWM-OFF调制方式实现电气制动的同时将能量回馈到蓄电池。这些方法虽然实现了回馈制动，然而在整个制动过程中，随着电机转速的降低，输出转矩会出现偏离设定值的情况，从而无法保证制动转矩的可控性。为此，X.X.Zhou和J.C.Fang提出当电机运行在高速区时，采用实现能耗制动的调制方式，在低速区时采用实现反接制动的调制方式，从而保证输出转矩在整个制动过程中维持在设定值附近(IEEE Trans.Power Electron.,vol.28,no.11,pp.5380-5390,2013年11月)。为了实现制动转矩平稳控制，在保证输出转矩大小可控的前提下，还应有效地抑制换相转矩波动，Y.F.Cao和T.N.Shi等人分析了八种调制方式下制动转矩可控且换相转矩波动得以抑制的转速范围，在整个制动过程中根据不同转速范围选取不同的调制方式来获得平滑的制动转矩(IEEE Trans.Energy Convers.,vol.33,no.3,pp.1443-1452,2018年9月)。

上述电气制动控制方法采用蓄电池储能系统。由于蓄电池功率密度有限，为了避免频繁大电流充放电对电池使用寿命的影响，学者们提出了蓄电池-超级电容混合储能系统。该系统利用超级电容高功率密度的特点快速回收制动能量，同时在加速时提供峰值功率输出，实现电池与超级电容优势互补。在众多能量存储系统结构中，根据是否使用变换器，可以将存储系统分为两类：无源型和有源型。无源能量存储系统将电池和超级电容直接并联，不需要任何变换器，该系统虽然结构简单，但是无法独立控制超级电容的能量输入和输出。有源能量存储系统通过添加DC-DC变换器来控制超级电容的能量输入和输出，由于这种混合储能系统需要大电感实现峰值功率传输，因此在电路设计中特别需要权衡系统的成本和体积。

现有的基于蓄电池储能系统的制动转矩控制方法通常在整个制动过程需要根据转速范围切换控制方式，并且蓄电池存在功率密度低，充放电循环次数有限等不足；现有的关于蓄电池-超级电容混合储能系统的研究通常对电机侧作了简化，没有具体结合无刷直流电机的换相转矩波动以及制动转矩可控性问题进行分析，并且用于峰值功率传输的大电感会增加系统的成本和体积。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种能够实现制动转矩平稳控制和制动能量有效回馈，降低系统体积的无刷直流电机控制方法。

为了实现以上目的，如图1所示，本发明采用以下技术方案：

1)设计一种基于蓄电池和超级电容的无感混合储能系统，构建添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机驱动系统；

2)根据无刷直流电机在恒速模式、加速模式及制动模式下的运行特点，设计无感混合储能系统分别在恒速模式、加速模式及制动模式下的能量传输路径；

3)制动模式下，根据无感混合储能系统中功率管和逆变桥中功率管的开关状态对电机输入线电压的作用构建四种类型开关矢量，并且根据不同开关矢量对制动转矩控制和制动能量回馈的影响选择出最优开关矢量来控制无刷直流电机驱动系统中功率管的开关状态，进而实现无刷直流电机制动转矩控制。

所述步骤1)的无感混合储能系统主要由一个蓄电池、一个超级电容和两个功率管构成，蓄电池通过串联其中一个功率管后并联至逆变桥的输入端，超级电容通过串联另一个功率管后并联至逆变桥的输入端。

逆变桥是由三组并联的开关功率管组成，每组开关功率管是由两个开关功率管串联构成。

所述步骤3)具体为：

3.1)构建四种类型开关矢量是：

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管开通时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第一开关矢量V₁；

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相其中一相导通相的功率管开通时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第二开关矢量V₂；

当与超级电容串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管关断时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第三开关矢量V₃；

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管关断时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第四开关矢量V₄；

3.2)采用以下公式获得最优开关矢量：

u_opt＝V_i

其中，u_opt为最优开关矢量，V_i表示第i开关矢量，i表示开关矢量的序数；λ_Tm为开关矢量V_m的转矩跟踪等级值，m＝1,2,3,4，且转矩跟踪等级值λ_Tm通过各个开关矢量V_m下制动转矩预测值和参考值之间误差由小到大从1-4进行分配；转矩误差较小的开关矢量V_m被分配较低的转矩跟踪等级值，而转矩误差较大的开关矢量V_m被分配较高的转矩跟踪等级值，转矩跟踪等级值λ_Tm是实时变化的值；λ_Em为开关矢量V_m的能量回馈等级值，m＝1,2,3,4，根据各个不同开关矢量V_m对制动能量回馈的影响而从1-4进行分配。

所述步骤3.2)中，开关矢量V₃的能量回馈等级值为λ_E3＝1；开关矢量V₄的能量回馈等级值为λ_E4＝2；开关矢量V₁和开关矢量V₂的能量回馈等级值均为λ_E1＝λ_E2＝3。

所述步骤2)中，无感混合储能系统其他两个模式下的能量传输路径为：当无刷直流电机运行在恒速模式时，正常导通期间选择蓄电池为电机提供能量，换相期间选择超级电容为电机提供能量；当无刷直流电机运行在加速模式时，正常导通期间和换相期间选择超级电容为电机提供能量；当无刷直流电机运行在制动模式时，正常导通期间和换相期间选择将制动能量优先回馈至超级电容。

本发明通过上述步骤设计了一种无感混合储能系统，基于该无感混合储能系统在制动模式下构建出四种类型的开关矢量，根据不同开关矢量对制动转矩控制和制动能量回馈的影响，对不同开关矢量作用的优先程度进行等级排序，从而基于平均准则选择出最优的开关矢量。

本方法通过上述步骤在保证无刷直流电机系统具有良好制动转矩性能的同时实现有效的制动能量回馈，满足了实际应用中的多种需要。

本发明的有益效果是：

(1)所提出的无感混合储能系统由一个蓄电池、一个超级电容和两个功率管构成，不需要添加额外的电感及其他功率器件，有利于减小驱动系统成本和体积。

(2)提出的方法在获得良好制动转矩性能的同时兼顾了制动能量回馈。此外，将制动能量优先回馈到超级电容可以减少蓄电池的充电次数进而延长其使用寿命。

(3)在整个制动过程中，提出的方法不需要根据转速范围切换不同的控制方式。此外，在每个控制周期内根据构建的平均等级排序准则直接选取功率管的开关状态，从而避免了传统控制器中的参数调节。

附图说明

图1是本发明无刷直流电机制动转矩控制方法逻辑框图；

图2是添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机系统等效模型；

图3a是无刷直流电机运行在恒速模式下蓄电池供电的能量传输路径；

图3b是无刷直流电机运行在恒速模式下超级电容供电的能量传输路径；

图4a是无刷直流电机运行在制动模式下能量回馈至超级电容时的传输路径；

图4b是无刷直流电机运行在制动模式下能量回馈至蓄电池时的传输路径；

图5是添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机驱动系统等效电路；

图6是制动状态下无刷直流电机相反电势、相电流及绕组导通模式示意图；

图7a是在图6中所示的第I，III，V扇区内，第一开关矢量V₁作用下的等效电路图；

图7b是在图6中所示的第I，III，V扇区内，第二开关矢量V₂作用下的等效电路图；

图7c是在图6中所示的第I，III，V扇区内，第三开关矢量V₃作用下的等效电路图；

图7d是在图6中所示的第I，III，V扇区内，第四开关矢量V₄作用下的等效电路图；

图8是提出的无刷直流电机制动转矩控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法做出详细说明。

本发明的实施例：

下面结合图2-图7d、具体的计算公式对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

一、添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机系统：

图2示出了添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机系统等效模型，其中所提出的混合能量存储系统由蓄电池、超级电容(SC)以及两个MOS功率管S_w1和S_w2构成。两个MOS功率管S_w1和S_w2分别具有二极管D_w1和D_w2进行导通控制。

当超级电容电压U_c低于电池电压U_b时，由于二极管D_w1和D_w2的存在，电池向超级电容充电使其电压等电池电压。忽略二级管导通压降及电池向超级电容的充电过程，当U_c≥U_b时，通过控制两个互补功率管S_w1和S_w2的开关状态可以将蓄电池或者超级电容连接到逆变桥的直流侧。

具体实现方式为：当S_w1导通且S_w2关断时，直流侧电压为U_b，二级管D_w2反向偏置，此时超级电容被隔离，电池为电机驱动的唯一电源；当S_w1关断且S_w2导通时，直流侧电压为U_c，二级管D_w1反向偏置，此时电池被隔离，电源切换为超级电容。

根据无刷直流电机的功率需求，将其运行分为三个模式，即恒速，加速和减速模式，其中恒速和加速模式下，电机处于电动状态，而减速模式下，电机处于制动状态。下面结合添加的无感混合储能系统对电机的各个运行模式进行说明。

(1)恒速模式

无刷直流电机通常采用两两导通的三相六步换相驱动方式。然而，电动状态下，换相期间由于有限的直流侧电压会阻碍相电流的快速变化，从而产生转矩波动。所提出的无感混合储能系统可以实现蓄电池和超级电容的独立控制，并且超级电容电压通常大于蓄电池电压。恒速模式下，正常导通期间，将S_w1开通，选择蓄电池为电机供电；换相期间，将S_w2开通，选择超级电容为电机供电，以解决有限的直流侧电压对换相转矩波动抑制的影响。在该模式下，图3a和图3b分别示出了蓄电池供电和超级电容供电时的能量传输路径。

(2)加速模式

在加速模式下，虽然电池供电和超级电容供电两种方式均可以选择，但是电机输出转矩较大，频繁的大电流充放电会影响电池的使用寿命。为了降低瞬间大电流对蓄电池造成的损害，在该模式下，将S_w2开通，优先选择超级电容为电机提供峰值功率，此时系统的能量传输路径如同图3b所示。

(3)减速模式(制动模式)

在减速模式下，可以利用反电势作为蓄电池或超级电容充电的电压源将制动能量进行回收。反电势电压通常低于直流侧电压，实现制动能量回馈，则必须升高反电势电压。一种简单有效的方式是利用电机绕组电感、逆变桥功率开关管构成升压电路，通过改变开关管的导通序列将能量回馈到超级电容或蓄电池。在该模式下，当S_w2导通时，能量回馈到超级电容；当S_w1导通时，能量回馈到蓄电池。图4a和图4b分别示出了制动能量回馈至超级电容和蓄电池时的传输路径。

对于提出的无感混合储能系统，超级电容电压可以在电动状态下用于换相转矩波动抑制以及峰值功率输出，在本实施例中不作详细讨论。下面主要对制动状态下无刷直流电机的转矩控制进行详细说明。

二、基于无感混合储能系统的开关矢量构建：

图5示出了添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机驱动系统等效电路，图中S_gH，S_gL分别为逆变桥上、下桥臂MOS管，(g＝a,b,c)，a,b,c分别表示电机A相，B相，C相。R和L分别表示电机绕组的相电阻和相电感，e_g、i_g、u_g分别表示相反电势、相电流及端电压。其中端电压的参考零电平为O点，N点为电机的中性点。

无刷直流电机采用两两导通驱动方式时，每一个时刻只对其中两相绕组进行通电，第三相绕组悬空。根据相电流方向，三相绕组可被定义为：正向导通相p、负向导通相n及非激励相o(p,n,o∈{a,b,c})。

图6示出了制动状态下无刷直流电机相反电势，相电流及绕组导通模式的对应关系。图中θ为电角度，根据转子位置将一个电周期分为6个扇区，分别用I～VI表示。每个扇区内绕组的导通模式可表示为p⁺n^-，其中p,n在不同扇区内取值不同。例如在第I扇区，p＝b，n＝a，而在第II扇区p＝c，n＝a。由图可知，在每个扇区，导通两相相电流与相反电势的乘积均为负值，从而产生制动转矩。

不同导通模式下，根据无感混合储能系统中MOS管以及逆变桥中MOS管的开关状态对电机输入线电压的作用，设计四种类型开关矢量，表示为V_m(s_w1,s_w2,s_pH,s_pL,s_nH,s_nL)，其中m＝1,2,3,4；变量s_w1，s_w2，s_pH，s_pL，s_nH，s_nL分别表示MOS管S_w1，S_w2，S_pH，S_pL，S_nH，S_nL的开关状态，“1”代表MOS管开通，“0”代表MOS管关断。不同扇区内的开关矢量如表1所示，其中未列开关管S_oH和S_oL均关断。需要说明的是，为了尽量避免由不同矢量切换导致开关次数的增加，S_w1和S_w2的开关脉冲采用互补形式。

表1

以转子位于I，III，V扇区为例，图7a-7d示出了4种开关矢量作用下的等效电路。

如图7a所示，在矢量V₁(101001)作用下，S_w1，S_pH和S_nL导通，其余MOS管均关断。此时，在电池电压和反电势激励下，电流流经S_pH和S_nL。忽略二极管的导通压降，导通两相线电压u_pn为U_b。

如图7b所示，在矢量V₂(101000)作用下，S_w1和S_pH导通，其余MOS管均关断。此时，在反电势激励下，电流流经S_pH和D_nH，导通两相线电压u_pn＝0。

如图7c所示，在矢量V₃(010000)作用下，S_w2导通，其余MOS管均关断。此时，在反电势和电感电压激励下，电流通过D_pL，D_nH和S_w2向超级电容充电，导通两相线电压u_pn＝-U_c。

如图7d所示，在矢量V₄(100000)作用下，S_w1导通，其余MOS管均关断。此时，在反电势和电感电压激励下，电流通过D_pL，D_nH和S_w1向电池充电，导通两相线电压u_pn＝-U_b。

三、制动转矩预测模型：

在不同开关矢量作用下，电机输入的线电压不同，从而导致相电流回路和电流变化趋势不同，为了预测不同开关矢量对制动转矩控制的影响，下面分别对正常导通期间和换相期间的转矩预测模型进行推导。

正常导通期间，导通相绕组的端电压方程为：

其中，u_p和u_n分别表示正向导通相和负向导通相的端电压，i_p和i_n分别表示正向导通相和负向导通相的相电流，e_p和e_n分别表示正向导通相和负向导通相的相反电势，u_N表示电机中性点电压，R表示相电阻，L表示相电感，t表示时间。

电磁转矩T_e为：

式中，ω是电机的机械角速度。

由于i_p＝-i_n，可知电机中性点电压u_N为：

将式(3)代入式(1)的第1式，可得正向导通相的电流变化率为：

对上述式(4)进行离散化可得：

式中，T_s为控制周期，e_pn(k)表示第k个控制周期的线反电势，e_pn(k)＝e_p(k)-e_n(k)，e_p(k)和e_n(k)分别表示第k个控制周期正向导通相和负向导通相的相反电势，i_p(k)表示第k个控制周期的相电流，u_p(k)表示第k个控制周期正向导通相的端电压，u_n(k)表示第k个控制周期负向导通相的端电压。

控制周期较短，反电势和转速在一个控制周期内基本不变，将式(5)代入式(2)可得转矩在第(k+1)T_s时刻的预测值T_e(k+1)为：

式中，T_e(k)为第kT_s时刻转矩的反馈值，ω(k)表示第k个控制周期的机械角速度。

由式(6)可以看出，T_e(k+1)受导通相绕组的端电压影响，而绕组的端电压由功率管的开关状态决定。以I，III，V扇区为例，由图7a-7d可知，正常导通期间，不同开关矢量下导通相绕组的端电压值为：

其中，U_b表示电池电压，U_c表示超级电容电压。

结合式(6)和式(7)可知，根据第kT_s时刻转矩的反馈值，在不同开关矢量作用下，可以得到不同的转矩预测值T_e(k+1)。

换相期间，根据绕组的导通状态，三相绕组还可被定义为：关断相x，开通相y及非换相相z(x,y,z∈{a,b,c})。由图6可知，在I，III，V扇区的起始阶段，负向电流换相。换相结束后，关断相x成为非激励相o，开通相y成为负向导通相n，非换相相z成为正向导通相p，即在I，III，V扇区存在对应关系x＝o，y＝n，z＝p；相似地，在II，IV，VI扇区的起始阶段，正向电流换相，且存在对应关系x＝o，y＝p，z＝n。

换相期间，三相绕组的端电压方程可表示为：

其中，i_x、i_y、i_z分别表示关断相、开通相、非换相相的相电流，u_x、u_y、u_z分别表示关断相、开通相、非换相相的端电压，e_x、e_y、e_z分别表示关断相、开通相、非换相相的相反电势。

由于i_x+i_y+i_z＝0，可得电机中性点电压为：

将式(9)代入式(8)的第1式和第2式，可得关断相和开通相的电流变化率分别为：

对上述式(10)第1式进行离散化可得：

式中，记H_x(k)＝2e_x(k)-e_y(k)-e_z(k)，e_x(k)、e_y(k)、e_z(k)分别表示关断相、开通相、非换相相在第k个控制周期的相反电势，u_x(k)、u_y(k)、u_z(k)分别表示关断相、开通相、非换相相在第k个控制周期的端电压。

对上述式(10)第2式进行离散化可得：

式中，记H_y(k)＝2e_y(k)-e_x(k)-e_z(k)。

由于换相期间T_e＝[(e_x-e_z)i_x+(e_y-e_z)i_y)]/ω，结合式(11)和式(12)可得预测值T_e(k+1)为：

式中，T_e(k+1)表示在第(k+1)T_s时刻的转矩预测值，记e_xz(k)＝e_x(k)-e_z(k)，记e_yz(k)＝e_y(k)-e_z(k)。

由式(13)可以看出，换相期间转矩在第(k+1)T_s时刻的预测值受三相绕组的端电压影响。以I，III，V扇区的负向电流换相为例，由于y＝n，z＝p，不同开关矢量作用下均存在u_y＝u_n，u_z＝u_p。此外，关断相电流i_x在负向电流换相期间通过上桥臂二极管D_xH进行续流，此时端电压u_x为直流侧电压。综上可知，不同开关矢量作用下，三相绕组的端电压值为：

换相期间，根据式(13)和式(14)可以预测不同开关矢量作用下第(k+1)T_s时刻的转矩值。

四、开关矢量选择机制

为了获得平稳的制动转矩，期望每个控制周期内作用的开关矢量使输出转矩跟踪参考值。不同开关矢量作用下所得到的转矩预测值不同，获得不同矢量作用的优先程度，则定义转矩参考值和预测值之间的误差函数为

式中，T_e ^*为转矩给定参考值。

设开关矢量V₁作用时转矩误差为g₁，矢量V₂、V₃、V₄作用时转矩误差分别设为g₂，g₃，g₄。不同开关矢量作用下输出转矩与参考值的接近程度不同，根据各个矢量转矩误差的大小关系为不同矢量分配等级值。转矩误差较小的矢量被分配较低的转矩跟踪等级值，而转矩误差较大的矢量被分配较高的转矩跟踪等级值，即：

g_m→λ_Tm (16)

式中，λ_Tm为与g_m相关的转矩跟踪等级值(m＝1,2,3,4)，且转矩跟踪等级值越低，矢量作用的优先程度越高。

在制动过程中，为了充分发挥超级电容充电速度快，功率密度高、寿命长等优点，期望尽可能将制动能量回馈到超级电容。不同矢量作用下能量的传输路径不同，下面根据不同开关矢量对制动能量回馈的影响，定义能量回馈等级值λ_Em来表示不同矢量作用的优先程度。

在四种开关矢量中，只有矢量V₃作用时，电流给超级电容充电，为V₃分配最低的能量回馈等级值，即λ_E3＝1；矢量V₄作用时，虽然无法给超级电容充电，但电流可以给蓄电池充电，分配λ_E4＝2；而矢量V₁和V₂作用时，既不能给超级电容充电又不能给蓄电池充电，分配λ_E1＝λ_E2＝3。

由上述分析可知，在制动过程中，选择转矩跟踪等级值λ_Tm较小的矢量有利于实现制动转矩平稳控制，而选择能量回馈等级值λ_Em较小的矢量有利于回馈制动能量。实现制动转矩平稳控制的同时兼顾制动能量回馈，引入平均排序的概念，即选择平均等级值最小的开关矢量作为最优矢量u_opt，其中u_opt＝V_i且i具体表示为：

图8示出了提出的无刷直流电机制动转矩控制方法流程图。首先根据第k个周期的电流采样值计算转矩T_e(k)。当检测到转子位置扇区发生变化时，换相开始，此时标志位Com_flag＝1。换相期间，根据式(13)来预测不同开关矢量作用下的转矩预测值T_e(k+1)，然后评估各矢量作用下转矩预测值和参考值之间误差的大小关系，从而为不同矢量作用的优先程度进行等级排序。同时，根据不同矢量对制动能量回馈的重要程度，为各矢量分配能量回馈等级值。基于平均等级排序准则在每个控制周期直接选择最优的开关矢量u_opt。

同理，当检测到关断相电流为零时换相结束，标志位Com_flag＝0，此时执行正常导通期间矢量的选择。需要说明的是考虑到制动运行的安全性，应为超级电容电压设置上限值U_{c_max}。并且在矢量选择过程中附加约束条件H1：当U_c>U_{c_max}且最优矢量u_opt＝V₃时，最终输出的矢量为次优矢量u_{opt_sub}，否则仍为最优矢量u_opt。

综上所述，本发明实施例通过上述步骤可以实现制动转矩平稳控制和制动能量有效回馈的同时兼顾，从而提高无刷直流电机系统的控制性能，满足了实际应用中的多种需要。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设计一种基于蓄电池和超级电容的无感混合储能系统，构建添加无感混合储能拓扑结构的无刷直流电机驱动系统；

2)根据无刷直流电机在恒速模式、加速模式及制动模式下的运行特点，设计无感混合储能系统分别在恒速模式、加速模式及制动模式下的能量传输路径；

3)制动模式下，根据无感混合储能系统中功率管和逆变桥中功率管的开关状态对电机输入线电压的作用构建四种类型开关矢量，并且根据不同开关矢量对制动转矩控制和制动能量回馈的影响选择出最优开关矢量来控制无刷直流电机驱动系统中功率管的开关状态，进而实现无刷直流电机制动转矩控制；

步骤3)具体为：

3.1)构建四种类型开关矢量是：

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管开通时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第一开关矢量V1；

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相其中一相导通相的功率管开通时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第二开关矢量V2；

当与超级电容串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管关断时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第三开关矢量V3；

当与蓄电池串联的功率管开通且逆变桥中正向导通相和负向导通相的功率管关断时，将逆变器开关状态对应的电压矢量定义为第四开关矢量V4；

3.2)采用以下公式获得最优开关矢量：

u_opt＝V_i

其中，u_opt为最优开关矢量，V_i表示最优开关矢量对应的第i开关矢量，i表示开关矢量的序数；λ_Tm为开关矢量V_m的转矩跟踪等级值，m＝1,2,3,4，且转矩跟踪等级值λ_Tm通过各个开关矢量V_m下制动转矩预测值和参考值之间误差由小到大从1-4进行分配；λ_Em为开关矢量V_m的能量回馈等级值，m＝1,2,3,4，根据各个不同开关矢量V_m对制动能量回馈而从1-4进行分配。

2.根据权利要求1所述的一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法，其特征在于：所述步骤1)的无感混合储能系统主要由一个蓄电池、一个超级电容和两个功率管构成，蓄电池通过串联其中一个功率管后并联至逆变桥的输入端，超级电容通过串联另一个功率管后并联至逆变桥的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，制动模式下的能量传输路径为：当无刷直流电机运行在制动模式时，正常导通期间和换相期间选择将制动能量优先回馈至超级电容。

4.根据权利要求1所述的一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法，其特征在于：所述步骤3.2)中，开关矢量V₃的能量回馈等级值为λ_E3＝1；开关矢量V₄的能量回馈等级值为λ_E4＝2；开关矢量V₁和开关矢量V₂的能量回馈等级值均为λ_E1＝λ_E2＝3。

5.根据权利要求1所述的一种基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，无感混合储能系统其他两个模式下的能量传输路径为：当无刷直流电机运行在恒速模式时，正常导通期间选择蓄电池为电机提供能量，换相期间选择超级电容为电机提供能量；当无刷直流电机运行在加速模式时，正常导通期间和换相期间选择超级电容为电机提供能量。

Images