CN117748996A - 一种无刷直流电机调速装置及调速方法 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流电机调速装置及调速方法，解决了PID控制器自身缺陷对调速装置性能的不利影响的问题，属于电机领域。本发明以一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，计算在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能W_in、无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值ΔW_Lref、无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE、在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量W_R和当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load，得到判据Criterion＝W_in‑ΔW_Lref‑ΔE‑W_R‑W_Load，当Criterion＜0且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则，驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

Description

一种无刷直流电机调速装置及调速方法

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机调速装置及调速方法，属于电机领域。

背景技术

无刷直流电机调速系统由于具有调速特性好、启动转矩大等优点而被广泛地应用于各行各业。现有的无刷直流调速系统多采用PID比例、积分、微分控制器来实现对无刷直流电机转速的控制与调节，虽然PID控制器设计简单、易于实现，但是也存在带宽窄、控制时滞等问题，限制住了调速系统的性能提高。且基于PID控制器的无刷直流电机调速系统在启动、调速、负荷突变等动态调节过程中，由于控制器参数的限制而产生的超调、振荡、动态调节时间过长等不利现象。

发明内容

针对PID控制器自身缺陷对调速装置性能的不利影响的问题，本发明提供一种无需采用PID控制器的无刷直流电机调速装置及调速方法。

本发明的一种无刷直流电机调速装置，包括调速主电路和控制电路；

调速主电路，用于为无刷直流电机的定子绕组提供电能；

控制电路包括检测电路、计算电路和逻辑驱动电路；

检测电路，用于检测直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息和转子所在扇区，并输出给计算电路；

计算电路，同时与检测电路和逻辑驱动电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压及转速计算W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0时输出高电平信号至逻辑驱动电路，当Criterion≥0时，输出低电平信号至逻辑驱动电路；

Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load

其中，W_in表示在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能，ΔW_Lref为无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值，ΔE表示无刷直流电机转子动能的变化差值；W_R表示在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量，W_Load表示当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量；

逻辑驱动电路，同时与检测电路和调速主电路连接，用于根据转子位置信息和转子所在扇区及接收的高、低电平信号和驱动调速主电路，当接收到高电平且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则，驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

作为优选，所述计算电路包括定子绕组电感储能计算电路、电机输入能量计算电路、ΔW_Lref计算电路、转子动能差值计算电路、负载能量计算电路、能量比较电路和逻辑判断电路；

定子绕组电感储能计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流，计算在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量W_R，并输出给能量比较电路；

电机输入能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压，计算在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能W_in，并输出给能量比较电路；

转子动能差值计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据转速给定信号n，计算无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE，并输出给能量比较电路；

负载能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据转速给定信号n和无刷直流电机的总负载转矩T_L，计算当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load，并输出给能量比较电路；

ΔW_Lref计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据检测直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值ΔW_Lref，并输出给能量比较电路；

能量比较电路，与逻辑判断电路连接，用于根据W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0时输出高电平信号至逻辑判断电路，当Criterion≥0时，输出低电平信号至逻辑判断电路；

逻辑判断电路，对接收的高、低电平信号进行电气隔离和功率放大后输出至逻辑驱动电路。

作为优选，所述ΔW_Lref计算电路包括定子绕组电感储能计算电路、磁场储能计算电路、电磁转矩计算电路、负载转矩计算电路、转矩系数计算电路、参考电流计算电路、储能差值计算电路、转速检测与位置信息获取电路和永磁体磁链计算电路；

定子绕组电感储能计算电路，同时与检测电路和储能差值计算电路连接，用于根据直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流，计算出当前控制周期初始时刻的电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，并输出给储能差值计算电路；

I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，L_a、L_b、L_c分别表示无刷直流电机的三相电感，I₁表示当前时刻的直流母线的电流值；

永磁体磁链计算电路，同时与检测电路和磁场储能计算电路11、电磁转矩计算电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，计算永磁体磁链ψ_f，并输出给磁场储能计算电路；

其中，U_s表示无刷直流电机定子绕组相电压，I_s为无刷直流电机定子绕组相电流，R_s表示定子绕组相电阻，L_s表示相电感；

对ψ_s通过Clark变化得到对应的两相磁链ψ_a和ψ_b；

磁场储能计算电路，同时与检测电路和电磁转矩计算电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流、无刷直流电机的转速、转子位置信息和永磁体磁链ψ_f，计算当前时刻对应的磁场储能值W_f，并输出给电磁转矩计算电路；

其中，通过无刷直流电机的转速、转子位置信息结合无刷直流电机的固有电感参数得到对应电角度下对应的三相等效电感L_a(θ)、L_b(θ)和L_c(θ)，θ表示对应电角度；

电磁转矩计算电路，同时与检测电路连接和负载转矩计算电路、转矩系数计算电路连接，用于根据当前时刻对应的磁场储能值W_f和无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机的电磁转矩T_em，并同时输出至负载转矩计算电路和转矩系数计算电路；

其中，θ_m为无刷直流电机的当前机械角度；

负载转矩计算电路，同时与检测电路、参考电流计算电路和负载能量计算电路连接，用于根据无刷直流电机转速和刷直流电机的电磁转矩T_em，计算无刷直流电机的总负载转矩T_L，并同时输出给参考电流计算电路和负载能量计算电路；

其中，Ω₀为无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，Ω₁为无刷直流电机在t₁时刻的机械角速度；

转矩系数计算电路，同时与检测电路和参考电流计算电路连接，用于根据直流母线电流和电磁转矩T_em，计算转矩系数k_T，并输出给参考电流计算电路；

参考电流计算电路，与储能差值计算电路连接，用于根据总负载转矩T_L和转矩系数k_T，计算无刷直流电机稳态运行时流经定子绕组的参考电流值I_ref，并输出给储能差值计算电路；

储能差值计算电路，与能量比较电路连接，用于根据参考电流值I_ref、电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，计算ΔW_Lref，并输出给能量比较电路；

作为优选，所述定子绕组损耗计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流计算W_R，将W_R输出至能量比较电路；

其中，I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，R_a、R_b、R_c分别表示无刷直流电机三相定子绕组相电阻值，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

作为优选，所述电机输入能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压计算W_in，将W_in输出至能量比较电路；

W_in＝U_dcI_dc(t₁-t₀)

其中，U_dc表示直流母线电压，I_dc表示直流母线电流，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

作为优选，无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE为：

Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度，J为无刷直流电机的转子转动惯量，Ω₀无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

作为优选，当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load为：

W_Load＝T_LΩ_refΓ

其中，Γ为一个控制周期所对应的时间，Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度。

作为优选，所述调速主电路包括工作电源和三相桥式逆变电路；工作电源通过三相桥式逆变电路与无刷直流电机的定子绕组连接；

所述逻辑驱动电路，用于根据转子所在扇区，得到三相桥式逆变电路上下桥臂对应的工作状态，进而确定转子所在扇区为导通状态或截止状态，当接收到高电平且转子所在扇区为导通状态，驱动三相桥式逆变电路导通，为无刷直流电机的定子绕组提供电能，当接收到低电平且转子所在扇区为截止状态，驱动三相桥式逆变电路关闭，停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

本发明还提供一种无刷直流电机调速方法，包括：

S1、采集直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息和转子所在扇区；

S2、根据直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压及转速计算W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0，且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能；

Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load

其中，W_in表示在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能，ΔW_Lref为无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值，ΔE表示无刷直流电机转子动能的变化差值；W_R表示在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量，W_Load表示当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量。

作为优选，ΔW_Lref的获取方法包括：

根据直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流，计算出当前控制周期初始时刻的电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref：

I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，L_a、L_b、L_c分别表示无刷直流电机的三相电感，I₁表示当前时刻的直流母线的电流值；

根据无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，计算永磁体磁链ψ_f：

其中，U_s表示无刷直流电机定子绕组相电压，I_s为无刷直流电机定子绕组相电流，R_s表示定子绕组相电阻，L_s表示相电感；

对ψ_s通过Clark变化得到对应的两相磁链ψ_a和ψ_b；

根据无刷直流电机定子绕组相电流、无刷直流电机的转速、转子位置信息和永磁体磁链ψ_f计算当前时刻对应的磁场储能值W_f：

其中，通过无刷直流电机的转速、转子位置信息结合无刷直流电机的固有电感参数得到对应电角度下对应的三相等效电感L_a(θ)、L_b(θ)和L_c(θ)，θ表示对应电角度；

根据当前时刻对应的磁场储能值W_f和无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机的电磁转矩T_em：

其中，θ_m为无刷直流电机的当前机械角度；

根据无刷直流电机转速和刷直流电机的电磁转矩T_em，计算无刷直流电机的总负载转矩T_L：

其中，Ω₀为无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，Ω₁为无刷直流电机在t₁时刻的机械角速度；

根据直流母线电流和电磁转矩T_em，计算转矩系数k_T：

根据总负载转矩T_L和转矩系数k_T，计算无刷直流电机稳态运行时流经定子绕组的参考电流值I_ref：

根据参考电流值I_ref、电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，计算ΔW_Lref：

W_R的获取方法：

其中，I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，R_a、R_b、R_c分别表示无刷直流电机三相定子绕组相电阻，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

W_in的获取方法：

W_in＝U_dcI_dc(t₁-t₀)

其中，U_dc表示直流母线电压，I_dc表示直流母线电流，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE的获取方法：

Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度，J为无刷直流电机的转子转动惯量，Ω₀无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load的获取方法：

W_Load＝T_LΩ_refΓ

其中，Γ为一个控制周期所对应的时间，Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度。

本发明的有益效果，本发明调速主电路结构简单，电路中无需采用电感、电容等器件，降低了主电路的体积、重量和成本，提高了系统运行的可靠性；控制电路和控制策略中无需采用PID控制器，有效避免了PID控制器自身缺陷对调速装置性能的不利影响；通过将控制导通与关断的高低电平与不同位置对应三相桥式逆变电路上下桥臂的不同导通逻辑信号进行与操作，确保了导通关断的准确性与快速性，提高了系统的可靠性；在无刷直流电机对应的永磁体固有磁链未知的情况下，通过对于相电流、相电压的数据采集和分析可以得到精确的永磁体磁链数值，实现永磁体磁链的有效辨识。计算获取的数值可以进一步服务于电磁转矩的计算。通过对实时位置信息和三相相电流信息的获取，结合电机固有的电感，永磁体磁链等参数可以获得实时的磁场储能，通过运算电路计算求解获得更加准确的实时电磁转矩，实现实时有效的电磁转矩辨识；以一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制判据，在控制过程中，充分计及了电能、磁场能、机械能等各种能量的变化及其相互影响。因此可以在电机状态调节的动态过渡过程中，既可以实现能量的快速调整，缩短调节时间，又可以有效防止能量过剩而引起的超调和振荡现象的发生。

附图说明

图1为本发明能量控制的无刷直流电机调速装置的原理示意图；

图2为三相桥式逆变电路的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

无刷直流电机运行过程中，在任意一个控制周期内，根据能量守恒原理可知：工作电源提供的电能主要转化为定子绕组的磁场储能增量、转子的动能增量、定子绕组电阻通电产生的发热损耗、总负载转矩消耗掉的机械能。因此本发明提出的能量控制的无刷直流电机调速装置，以一个控制周期时间内的能量平衡关系为控制依据，该依据的获取方法包括：根据直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压及转速计算在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能W_in、无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值ΔW_Lref、无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE、在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量W_R和当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load，得到判据Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load，当Criterion＜0时且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则，驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

本实施方式的以常见三相无刷直流电机为例，对能量控制的三相无刷直流电机调速装置进行说明。本实施方式的能量控制的无刷直流电机调速装置包括调速电路和控制电路。

调速电路包括工作电源2、三相桥式逆变电路3(由S1,S2,S3,S4,S5,S6六个开关管构成的三相桥式逆变电路，具体形式如图2所示)构成。其中工作电源2通过三相桥式逆变电路3与无刷直流电机1的定子绕组连接。

控制电路包括检测电路、计算电路和逻辑驱动电路23；

检测电路包括直流母线电流检测电路4、直流母线电压检测电路5、三相相电流检测电路6、三相相电压检测电路7和转速检测与位置信息获取电路22；

计算电路包括定子绕组损耗计算电路8、电机输入能量计算电路9、定子绕组电感储能计算电路10、磁场储能计算电路11、电磁转矩计算电路12、负载转矩计算电路13、转矩系数计算电路14、参考电流计算电路15、储能差值计算电路16、转子动能差值计算电路17、负载能量计算电路18、能量比较电路19、时钟电路20、逻辑判断电路21和永磁体磁链计算电路24。

具体连接关系如图1所示，直流母线电压检测电路5与三相桥式逆变电路3相并联，其输出端与电机输入能量计算电路9的对应输入端连接；直流母线电流检测电路4与调速主电路的连接方式应能确保其对流入三相桥式逆变电路3的直流母线电流进行检测，输入端与工作电源2相连，其输出端分别与电机输入能量计算电路9、转矩系数计算电路14的对应输入端连接；三相相电流检测电路6输入端与三相桥式逆变电路3三相线路相连，两者的连接方式应能确保其对流出三相桥式逆变电路3的三相相电流进行检测，其输出端与定子绕组电感储能计算电路10、定子绕组损耗计算电路8、磁场储能计算电路11与永磁体磁链计算电路24的对应输入端连接；三相相电压检测电路7与三相桥式逆变电路3三相相连，两者的连接方式应能确保对三相桥式逆变电路3的三相相电压进行检测，其输出端与永磁体磁链计算电路24对应输入端连接；定子绕组损耗计算电路8对于定子绕组损耗进行计算，输入端与三相相电流检测电路6相连，其输出端与能量比较电路19的输入端相连；电机输入能量计算电路9的输入端与直流母线电流检测电路4、直流母线电压检测电路5、时钟电路20相连，其输出端与能量比较电路19的对应输入端连接；定子绕组电感储能计算电路10输入端与三相相电流检测电路6相连，其输出端与储能差值计算电路16的对应输入端连接；磁场储能计算电路11的输入端分别与转速检测与位置获取电路22、三相相电流检测电路6、永磁体磁链计算电路24的对应输出端连接，其输出端与电磁转矩计算电路12对应的输入端相连；电磁转矩计算电路12的输入端与磁场储能计算电路11、转速检测与位置获取电路22的输出端相连，其输出端分别与负载转矩计算电路13、转矩系数计算电路14的对应输入端连接；负载转矩计算电路13的输入端与电磁转矩计算电路12、时钟电路20、转速检测与位置信息获取电路22的输出端相连，其输出端与参考电流计算电路15、负载能量计算电路18的对应输入端连接；转矩系数计算电路14的输入端与电磁转矩计算电路12、直流母线电流检测电路4对应输出端相连，其输出端与参考电流计算电路15的对应输入端连接；参考电流计算电路15的输入端与负载转矩计算电路13、转矩系数计算电路14对应输出端相连，其输出端与储能差值计算电路16的对应输入端连接；储能差值计算电路16的输入端与定子绕组电感储能计算电路10、参考电流计算电路15对应输出端相连，其输出端与能量比较电路19的对应输入端连接；转子动能差值计算电路17的输入端接入外界提供的转速给定信号n、与转速检测与位置获取电路22输出端相接，其输出端与能量比较电路19的对应输入端连接；负载能量计算电路18的输入端接入外界提供的转速给定信号n、负载转矩计算电路13，其输出端与能量比较电路19的对应输入端连接；能量比较电路19的输入端与能量计算电路9、定子绕组损耗计算电路8、储能差值计算电路16、转子动能差值计算电路17、负载能量计算电路18的对应输出端连接，其输出端与逻辑判断电路21相连；时钟电路20的输出端分别与定子绕组损耗计算电路8、电磁转矩计算电路12、电机输入能量计算电路9与负载能量计算电路18的对应输入端连接；逻辑判断电路21的输入端与能量比较电路19的输出端相连，其输出端与逻辑驱动电路23的输入端连接；转速检测与位置获取电路22与无刷直流电机1的连接方式应能确保其实现对电机转速和转子位置的检测，其输出端分别与磁场储能计算电路11、电磁转矩计算电路12、负载转矩计算电路13、转子动能差值计算电路17、逻辑驱动电路23、永磁体磁链计算电路24的对应输入端连接；逻辑驱动电路23的输入端与逻辑判断电路21相连，输出端与三相桥式逆变电路3对应控制端连接。永磁体磁链计算电路24的输入端与三相相电压检测电路7、三相相电流检测电路6、转速检测与位置获取电路22相连，输出端与磁场储能计算电路11相连。

本实施方式的无刷直流电机调速装置，其各个组成部分的功能如下所述：

无刷直流电机1用于实现电能到机械能的转化，并将转化的机械能用来拖动负载；

工作电源2用于为无刷直流电机1提供工作所需的电能；

三相桥式逆变电路3导通时(驱动控制信号为高电平时)工作电源2为无刷直流电机1提供电能，三相桥式逆变电路3关断时(驱动控制信号为低电平时)工作电源2停止为无刷直流电机1供电；

直流母线电流检测电路4的作用是，对由工作电源2流向三相桥式逆变电路3的直流母线电流进行检测，并将检测结果传递至电机输入能量计算电路9、定子绕组电感储能计算电路10、转矩系数计算电路14；

直流母线电压检测电路5的作用是，对工作电源2流向三相桥式逆变电路3的直流母线两端电压进行检测，并将检测结果传递至电机输入能量计算电路9；

三相相电流检测电路6的作用是对流经无刷直流电机1的定子绕组相电流进行检测，并将检测结果传递至定子绕组电感储能计算电路10、永磁体磁链计算电路24；

三相相电压检测电路7的作用是对流经无刷直流电机1的定子绕组相电压进行检测，并将检测结果传递至永磁体磁链计算电路24；

定子绕组损耗计算电路8的作用是根据三相相电流检测电路6、时钟电路20传送过来的数据计算三相定子绕组相电阻产生的能量损耗，并将计算结果传递至能量比较电路19。利用公式(1)计算出定子相电阻在当前控制周期初始时刻到当前时刻的时间段三相定子绕组电阻消耗能量W_R，将计算结果传送至能量比较电路19。I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻流经定子绕组相电流值；公式中t₁为当前的时间、为t₀当前控制周期初始时刻对应的时间；

电机输入能量计算电路9的功能是根据直流母线电流检测电路4、直流母线电压检测电路5和时钟电路20传送过来的数据，计算出当前控制周期的初始时刻一直到当前时刻的时间段内工作电源2注入无刷直流电机1的电能W_in，并将计算数值传递给电磁转矩计算电路12和能量比较电路19，公式中t₁为当前时刻对应的时间、t₀为当前控制周期初始时刻对应的时间；

W_in＝U_dcI_dc(t₁-t₀) (2)

定子绕组电感储能计算电路10的功能是根据直流母线电流检测电路4、三相相电流检测电路6和时钟电路20传送过来的数据，利用公式(3)计算出三相定子电感在当前控制周期初始时刻时的电感储能值W_L0、L_ref。将W_L0、L_ref的数值传递给储能差值计算电路16，公式中L_ref为定子绕组等效电感值，I₁为当前时刻的流经直流母线的电流值，I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻流经定子绕组相电流值；L_a、L_b、L_c分别表示无刷直流电机的三相电感；

磁场储能计算电路11的功能是根据三相相电流检测电路6、转速检测与位置信息获取电路22、永磁体磁链计算电路24传送过来的数据，通过转子位置信息结合电机的固有电感参数得到对应电角度下对应的三相等效电感L(θ)(L_a(θ)、L_b(θ)和L_c(θ))，并通过公式(4)计算出该时刻下对应的磁场储能值并将计算结果传送至电磁转矩计算电路12，其中L_s为相电感，ψ_f为永磁体磁链,I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻流经定子绕组相电流值；

电磁转矩计算电路12的功能是根据磁场储能计算电路11、转速检测与位置信息获取电路22传送过来的数据，利用公式(5)计算出无刷直流电机1的电磁转矩T_em，并将计算结果传送至负载转矩计算电路13、转矩系数计算电路14，公式中为无刷直流电机1的当前机械角度θ_m，θ为对应电角度；

负载转矩计算电路13的功能是根据电磁转矩计算电路12、时钟电路20、转速检测与位置信息获取电路22传送过来的数据，利用公式(6)计算出无刷直流电机1的总负载转矩T_L(作用在转子上的所有制动转矩的总和)，并将计算结果传送至参考电流计算电路15、负载能量计算电路18，公式中Ω₀为无刷直流电机1在t₀时刻的机械角速度；

转矩系数计算电路14的功能是根据电磁转矩计算电路12、直流母线电流检测电路4传送过来的数据。利用公式(7)计算出转矩系数k_T，并将计算结果传送至参考电流计算电路15；

参考电流计算电路15的功能是根据负载转矩计算电路13、转矩系数计算电路14传送过来的数据，利用公式(8)计算出在当前总负载转矩不变的情况下，无刷直流电机1稳态运行时流经定子绕组的参考电流I_ref值，并将计算结果传送至储能差值计算电路16；

储能差值计算电路16的功能是根据参考电流计算电路15、定子绕组电感储能计算电路10传送过来的数据，利用公式(9)计算出无刷直流电机1定子相等效电感的期望储能变化差值ΔW_Lref，并将计算结果传送至能量比较电路19；

转子动能差值计算电路17的功能是根据外界提供的转速给定信号n和时钟电路20传送过来的周期信号，利用公式(10)计算出无刷直流电机1转子动能的变化差值ΔE，并将计算结果传送至输出能量比较电路19，公式中Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度，公式中为J无刷直流电机1的转子转动惯量；

负载能量计算电路18的功能是根据外界提供的转速给定信号n和负载转矩计算电路13传送过来的总负载转矩T_L，利用公式(11)计算出在一个控制周期时间段内总负载转矩所消耗的能量W_Load，并将计算结果传送至能量比较电路19，公式中Γ为一个控制周期所对应的时间(在本实施方式中控制周期所对应的时间为常数)；

W_Load＝T_LΩ_refΓ (11)

能量比较电路19的功能是根据电机输入能量计算电路9、定子绕组损耗计算电路8、储能差值计算电路16、转子动能差值计算电路17、负载能量计算电路18传送过来的数据，利用公式(12)计算出输入能量和输出能量之间的差值，用Criterion来表示。(Criterion的含义是：在控制周期的进行过程中，无刷直流电机稳态运行工况下会对应着参考电流，参考的转子的机械角速度，可以通过参考电流、参考的转子的机械角速度Ω_ref，还有负载转矩计算出稳态运行状态下各部分所需消耗的能量。如果在当前控制周期内，输入能量与电机当前时刻各部分储能元件储存能量之和与稳态运行的参考能量之间存在数值上的大小关系，这种对应关系代表着工作电源2向无刷直流电机1供应能量的充足或不足，用Criterion＜0的大小量化这种关系)。当Criterion＜0时，代表无刷直流电机系统整体能量不足，需要继续注入能量，对应的控制电路输出高电平信号，而当Criterion＞0时，代表无刷直流电机系统整体能量充足，不需要继续注入能量，对应电路输出低电平信号，能量比较电路19输出的电平信号传送至逻辑驱动电路23；

Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load (12)

时钟电路20的功能是产生固定的时钟信号，并将该时钟信号传送至定子绕组电感储能计算电路10、电磁转矩计算电路12、负载转矩计算电路13、逻辑驱动电路23，以确保这四个电路的时钟能够准确同步；

逻辑判断电路21的功能是将能量比较电路19输出的电平信号进行电气隔离和功率放大等处理后，传送至逻辑驱动电路23。特别是当能量比较电路19的输出电平一旦由高电平变为低电平后，逻辑判断电路21的输出将一直保持为低电平直至本控制周期结束(即从能量比较电路19的输出电平由高电平变为低电平时刻开始，一直到本控制周期结束，这期间无论能量比较电路19的输出电平再如何变化，逻辑驱动电路23的输出始终保持为低电平)，等到下一个控制周期开始时，逻辑判断电路21的输出再与能量比较电路19的输出保持一致；

转速检测与位置信息获取电路22的功能是对无刷直流电机1的转速、转子位置信息和工作扇区进行检测并将检测结果传送至磁场储能计算电路11、电磁转矩计算电路12、负载转矩计算电路13、转子动能差值计算电路17、逻辑驱动电路23、永磁体磁链计算电路24。

其中判断与驱动的过程指的是驱动无刷直流电机一般采取六步换相的方式，当转子转到任一位置时，将导通信号和该扇区对应的导通逻辑做逻辑与的操作，即在特定扇区开通的开关管一定符合该扇区导通逻辑并且收到高电平信号。逻辑驱动电路23的功能是将转速检测与位置信息获取电路22输出的转子位置信息对应出转子所在扇区，通过扇区可得到三相桥式逆变电路3上下桥臂对应的导通逻辑(常见无刷直流六步换相驱动方式下，即无刷直流电机1的内部空间按电角度等分为六个扇区，每个扇区占60的电角度，无刷直流电机1的转子在不同位置会对应不同的扇区,在不同扇区对应着三相桥式逆变电路3上下桥臂开关管导通逻辑是不同的。)，将导通逻辑与逻辑判断电路21输出的信号进行与操作(当逻辑判断电路输出为高电平，且转子现在所在扇区对应的导通逻辑中该开关管应为导通时，才会输出对应的高电平导通信号)，将输出信号传送至三相桥式逆变电路3的驱动控制端，使之能够实现对三相桥式逆变电路3的驱动控制(导通逻辑的开通对应高电平，关闭对应低电平)。工作电源2通过三相桥式逆变电路3为定子绕组提供电能，致使流经定子绕组电流值上升、转子转速和转子动能增加，当I₀＞I_ref后，ΔW_Lref变为负值，当Ω₀＞Ω_ref后，ΔE变为负值，因此随着工作电源2提供的电能不断增加，Criterion的值必然会变大，最终在某一个控制周期内出现Criterion≥0的情况；当判断出Criterion≥0后，能量比较电路19的输出立即翻转为低电平信号，该低电平信号经过逻辑判断电路21和逻辑驱动电路23的处理后控制三相桥式逆变电路3的对应桥臂的开关管变为截止状态，工作电源2停止为定子绕组提供电能，定子电流经过三相桥式逆变电路3的续流二极管构成闭合回路，定子相电流开始减小、转子转速和转子动能下降，逻辑驱动电路23的输出会一直保持为低电平直至下一个控制周期开始；在每一个新的控制周期开始时，逻辑判断电路21的输出电平会再次与能量比较电路19的输出电平相一致，控制电路中的各个组成部分都会重复上述的计算和控制过程，最终使得Criterion的值近似等于0，即无刷直流电机1的实际转速与给定转速近似相等，达到了调速运行的控制目标。

永磁体磁链计算电路24的功能是根据无刷直流电机1三相相电流检测电路6、三相相电压检测电路7对三相电压U_S、三相电流I_s进行采集用于计算。采集三相相电压U_s、三相电流I_s计算出绕组两端对应的相绕组电压U_LS。对相绕组两端电压进行积分，可以获得每相绕组对应的相磁链，将得到的相磁链通过高通滤波器滤除掉直流分量引起的部分磁链，再减去相电感本身产生的自感磁链。剩下的磁链即为永磁体磁通在定子绕组交链产生的转子磁链，通过Clark变化得到对应的两相磁链ψ_a和ψ_b，通过两相磁链进行数学运算就可得到对应的永磁体磁链ψ_f，具体计算公式如下公式(13)所展示的:

R_s表示定子绕组相电阻，L_s表示相电感；

将计算得到的永磁体磁链ψ_f的数值传入电磁转矩计算电路12用于电磁转矩的计算。

本实施方式中，无刷直流电机1可选用现有的各种型号的三相无刷直流电机；

工作电源2可选用现有的各种能够满足无刷直流电机运行需求的直流电源；

三相桥式逆变电路3(图2所示)可选用现有的各种能够满足设计需求和实现通、断控制的电力电子器件，例如MOSFET，IGBT等组成三相桥式逆变电路；

直流母线电流检测电路4可参照现有的各种具有直流电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。

直流母线电压检测电路5可参照现有的各种具有电压检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电压传感器辅以相应的信号处理电路。

三相相电流检测电路6可参照现有的各种具有电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。

三相相电压检测电路7可参照现有的各种具有电流检测和数据传送功能的电路进行设计和实现，例如可以采用霍尔型电流传感器辅以相应的信号处理电路。

定子绕组损耗计算电路8可采用能够实现公式(1)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

电机输入能量计算电路9可采用根据公式(2)通过采集到的输入电压和电流信号完成一定时间段内能量计算功能电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

定子绕组电感储能计算电路10可采用能够实现公式(3)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

磁场储能计算电路11可采用能够实现公式(4)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

电磁转矩计算电路12可采用能够实现公式(5)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

负载转矩计算电路13可采用能够实现公式(6)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

转矩系数计算电路14可采用能够实现公式(7)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

参考电流计算电路15可采用能够实现公式(8)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

储能差值计算电路16可采用能够实现公式(9)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

转子动能差值计算电路17可采用能够实现公式(10)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

负载能量计算电路18可采用能够实现公式(11)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

能量比较电路19可采用能够实现公式(12)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

时钟电路20可采用现有的各种时钟信号电路来设计和实现。

逻辑判断电路21可采用具有输入信号逻辑分析和输出电平控制的电路，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

转速检测与位置信息获取电路22可采用现有的各种电机转速传感器、位置检测、获取、计算以及分析电路来设计和实现。

逻辑驱动电路23可采用具有输入信号逻辑分析电路、含有与门的逻辑器件与现有的各种驱动电路相结合的方案来设计和实现，例如可采用单片机与驱动芯片相结合的方式来设计和实现。

永磁体磁链计算电路24可采用能够实现公式(13)计算功能的电路来实现，例如选用数字信号处理器(DSP)辅以相应的外围电路来实现。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述装置包括调速主电路和控制电路；

调速主电路，用于为无刷直流电机的定子绕组提供电能；

控制电路包括检测电路、计算电路和逻辑驱动电路；

检测电路，用于检测直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息和转子所在扇区，并输出给计算电路；

计算电路，同时与检测电路和逻辑驱动电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压及转速计算W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0时输出高电平信号至逻辑驱动电路，当Criterion≥0时，输出低电平信号至逻辑驱动电路；

Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load

其中，W_in表示在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能，ΔW_Lref为无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值，ΔE表示无刷直流电机转子动能的变化差值；W_R表示在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量，W_Load表示当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量；

逻辑驱动电路，同时与检测电路和调速主电路连接，用于根据转子位置信息和转子所在扇区及接收的高、低电平信号和驱动调速主电路，当接收到高电平且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则，驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述计算电路包括定子绕组电感储能计算电路、电机输入能量计算电路、ΔW_Lref计算电路、转子动能差值计算电路、负载能量计算电路、能量比较电路和逻辑判断电路；

定子绕组电感储能计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流，计算在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量W_R，并输出给能量比较电路；

电机输入能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压，计算在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能W_in，并输出给能量比较电路；

转子动能差值计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据转速给定信号n，计算无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE，并输出给能量比较电路；

负载能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据转速给定信号n和无刷直流电机的总负载转矩T_L，计算当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load，并输出给能量比较电路；

ΔW_Lref计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据检测直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值ΔW_Lref，并输出给能量比较电路；

能量比较电路，与逻辑判断电路连接，用于根据W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0时输出高电平信号至逻辑判断电路，当Criterion≥0时，输出低电平信号至逻辑判断电路；

逻辑判断电路，对接收的高、低电平信号进行电气隔离和功率放大后输出至逻辑驱动电路。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述ΔW_Lref计算电路包括定子绕组电感储能计算电路、磁场储能计算电路、电磁转矩计算电路、负载转矩计算电路、转矩系数计算电路、参考电流计算电路、储能差值计算电路、转速检测与位置信息获取电路和永磁体磁链计算电路；

定子绕组电感储能计算电路，同时与检测电路和储能差值计算电路连接，用于根据直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流，计算出当前控制周期初始时刻的电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，并输出给储能差值计算电路；

I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，L_a、L_b、L_c分别表示无刷直流电机的三相电感，I₁表示当前时刻的直流母线的电流值；

永磁体磁链计算电路，同时与检测电路和磁场储能计算电路11、电磁转矩计算电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，计算永磁体磁链ψ_f，并输出给磁场储能计算电路；

其中，U_s表示无刷直流电机定子绕组相电压，I_s为无刷直流电机定子绕组相电流，R_s表示定子绕组相电阻，L_s表示相电感；

对ψ_s通过Clark变化得到对应的两相磁链ψ_a和ψ_b；

磁场储能计算电路，同时与检测电路和电磁转矩计算电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流、无刷直流电机的转速、转子位置信息和永磁体磁链ψ_f，计算当前时刻对应的磁场储能值W_f，并输出给电磁转矩计算电路；

其中，通过无刷直流电机的转速、转子位置信息结合无刷直流电机的固有电感参数得到对应电角度下对应的三相等效电感L_a(θ)、L_b(θ)和L_c(θ)，θ表示对应电角度；

电磁转矩计算电路，同时与检测电路连接和负载转矩计算电路、转矩系数计算电路连接，用于根据当前时刻对应的磁场储能值W_f和无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机的电磁转矩T_em，并同时输出至负载转矩计算电路和转矩系数计算电路；

其中，θ_m为无刷直流电机的当前机械角度；

负载转矩计算电路，同时与检测电路、参考电流计算电路和负载能量计算电路连接，用于根据无刷直流电机转速和刷直流电机的电磁转矩T_em，计算无刷直流电机的总负载转矩T_L，并同时输出给参考电流计算电路和负载能量计算电路；

其中，Ω₀为无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，Ω₁为无刷直流电机在t₁时刻的机械角速度；

转矩系数计算电路，同时与检测电路和参考电流计算电路连接，用于根据直流母线电流和电磁转矩T_em，计算转矩系数k_T，并输出给参考电流计算电路；

参考电流计算电路，与储能差值计算电路连接，用于根据总负载转矩T_L和转矩系数k_T，计算无刷直流电机稳态运行时流经定子绕组的参考电流值I_ref，并输出给储能差值计算电路；

储能差值计算电路，与能量比较电路连接，用于根据参考电流值I_ref、电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，计算ΔW_Lref，并输出给能量比较电路；

4.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述定子绕组损耗计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据无刷直流电机定子绕组相电流计算W_R，将W_R输出至能量比较电路；

其中，I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，R_a、R_b、R_c分别表示无刷直流电机三相定子绕组相电阻值，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

5.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述电机输入能量计算电路，同时与检测电路和能量比较电路连接，用于根据直流母线电流、直流母线电压计算W_in，将W_in输出至能量比较电路；

W_in＝U_dcI_dc(t₁-t₀)

其中，U_dc表示直流母线电压，I_dc表示直流母线电流，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

6.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE为：

Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度，J为无刷直流电机的转子转动惯量，Ω₀无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间。

7.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load为：

W_Load＝T_LΩ_refΓ

其中，Γ为一个控制周期所对应的时间，Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度。

8.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置，其特征在于，所述调速主电路包括工作电源和三相桥式逆变电路；工作电源通过三相桥式逆变电路与无刷直流电机的定子绕组连接；

所述逻辑驱动电路，用于根据转子所在扇区，得到三相桥式逆变电路上下桥臂对应的工作状态，进而确定转子所在扇区为导通状态或截止状态，当接收到高电平且转子所在扇区为导通状态，驱动三相桥式逆变电路导通，为无刷直流电机的定子绕组提供电能，当接收到低电平且转子所在扇区为截止状态，驱动三相桥式逆变电路关闭，停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能。

9.一种无刷直流电机调速方法，其特征在于，所述调速方法包括：

S1、采集直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，以及检测无刷直流电机的转速、转子位置信息和转子所在扇区；

S2、根据直流母线电流、直流母线电压、无刷直流电机定子绕组相电流和相电压及转速计算W_in、ΔW_Lref、ΔE、W_R和W_Load，得到判据Criterion，当Criterion＜0，且转子所在扇区为导通状态，驱动调速主电路为无刷直流电机的定子绕组提供电能，否则驱动调速主电路停止为无刷直流电机的定子绕组提供电能；

Criterion＝W_in-ΔW_Lref-ΔE-W_R-W_Load

其中，W_in表示在当前控制周期内调速主电路注入无刷直流电机的电能，ΔW_Lref为无刷直流电机定子相等效电感的期望储能变化差值，ΔE表示无刷直流电机转子动能的变化差值；W_R表示在当前控制周期内三相定子绕组电阻消耗能量，W_Load表示当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量。

10.根据权利要求9所述的无刷直流电机调速方法，其特征在于，ΔW_Lref的获取方法包括：

根据直流母线电流、无刷直流电机定子绕组相电流，计算出当前控制周期初始时刻的电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref：

I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，L_a、L_b、L_c分别表示无刷直流电机的三相电感，I₁表示当前时刻的直流母线的电流值；

根据无刷直流电机定子绕组相电流和相电压，计算永磁体磁链ψ_f：

其中，U_s表示无刷直流电机定子绕组相电压，I_s为无刷直流电机定子绕组相电流，R_s表示定子绕组相电阻，L_s表示相电感；

对ψ_s通过Clark变化得到对应的两相磁链ψ_a和ψ_b；

根据无刷直流电机定子绕组相电流、无刷直流电机的转速、转子位置信息和永磁体磁链ψ_f计算当前时刻对应的磁场储能值W_f：

其中，通过无刷直流电机的转速、转子位置信息结合无刷直流电机的固有电感参数得到对应电角度下对应的三相等效电感L_a(θ)、L_b(θ)和L_c(θ)，θ表示对应电角度；

根据当前时刻对应的磁场储能值W_f和无刷直流电机的转速、转子位置信息，计算无刷直流电机的电磁转矩T_em：

其中，θ_m为无刷直流电机的当前机械角度；

根据无刷直流电机转速和刷直流电机的电磁转矩T_em，计算无刷直流电机的总负载转矩T_L：

其中，Ω₀为无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，Ω₁为无刷直流电机在t₁时刻的机械角速度；

根据直流母线电流和电磁转矩T_em，计算转矩系数k_T：

根据总负载转矩T_L和转矩系数k_T，计算无刷直流电机稳态运行时流经定子绕组的参考电流值I_ref：

根据参考电流值I_ref、电感储能值W_L0和定子绕组等效电感值L_ref，计算ΔW_Lref：

W_R的获取方法：

其中，I_a、I_b、I_c为当前控制周期当前时刻无刷直流电机定子绕组三相电流值，R_a、R_b、R_c分别表示无刷直流电机三相定子绕组相电阻，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

W_in的获取方法：

W_in＝U_dcI_dc(t₁-t₀)

其中，U_dc表示直流母线电压，I_dc表示直流母线电流，t₁为当前控制周期内当前时刻对应的时间，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

无刷直流电机转子动能的变化差值ΔE的获取方法：

Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度，J为无刷直流电机的转子转动惯量，Ω₀无刷直流电机在t₀时刻的机械角速度，t₀为当前控制周期内初始时刻对应的时间；

当前控制周期内总负载转矩所消耗的能量W_Load的获取方法：

W_Load＝T_LΩ_refΓ

其中，Γ为一个控制周期所对应的时间，Ω_ref为与转速给定信号n相对应的机械角速度。