專利名稱：一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
無刷直流電機(jī)是針對傳統(tǒng)直流電機(jī)的機(jī)械換向的弊病，采用電子換向的一種特種電機(jī)，也被認(rèn)為是本世紀(jì)最有發(fā)展前途和廣泛應(yīng)用前景的電機(jī)之一，在航天航空系統(tǒng)、科學(xué)儀器、交通運(yùn)輸、國防軍事裝備、醫(yī)療器械、工業(yè)自動化裝備等領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中，經(jīng)常要遇到包括正、反轉(zhuǎn)電動和制動等四象限運(yùn)行情況，且由于無刷直流電機(jī)存在轉(zhuǎn)矩脈動問題，也限制了它的應(yīng)用場合。因此對無刷直流電機(jī)的控制方法在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)上的效果，提出了更高的要求，即要實(shí)現(xiàn)小的轉(zhuǎn)矩脈動，又要快速、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。
直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為交流電機(jī)的一種高性能變頻調(diào)速方案，摒棄了矢量控制的解耦控制思想，利用電機(jī)轉(zhuǎn)矩磁鏈的直接閉環(huán)來獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和優(yōu)良的控制性能，應(yīng)用于感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)取得了良好的效果，近年來直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)開始應(yīng)用于無刷直流電機(jī)。目前，在無刷直流電機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)包括以下幾種一種階梯波反電勢無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，結(jié)合了正弦波永磁同步電機(jī)空載定子磁鏈軌跡規(guī)則和無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，提高了永磁體的利用率，屬于永磁同步電機(jī)的控制方法。另外一種無刷直流電機(jī)的磁鏈自控式直接轉(zhuǎn)矩控制方法，可以解決由于采用轉(zhuǎn)矩和電機(jī)磁鏈的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，而使得系統(tǒng)控制方法復(fù)雜的問題，用于無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制。再有一種直接轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流伺服控制系統(tǒng)及其工作方法，將給定與計算的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的比較值，得到相應(yīng)的頻率為4-8kHz的磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)信號，從而提高逆變器開關(guān)頻率來減小轉(zhuǎn)矩脈動。但是，發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時發(fā)現(xiàn)以上技術(shù)存在以下不足轉(zhuǎn)矩計算的復(fù)雜性，使主控芯片的計算量大，計算過程中需要進(jìn)行坐標(biāo)變換等復(fù)雜運(yùn)算；且都沒有考慮到無刷直流電機(jī)在電感小的情況下，如何處理瞬間施加全電壓時，電流變化快而引起的轉(zhuǎn)矩脈動問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法和裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)矩計算復(fù)雜性高、在電感小的情況下轉(zhuǎn)矩脈動大的缺陷。(二)技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，所述方法包括以下步驟
A、根據(jù)無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速，獲取所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩；
B、根據(jù)所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和所述無刷直流電機(jī)的輸入端的三相電流值，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩；C、根據(jù)所述給定轉(zhuǎn)矩和估算轉(zhuǎn)矩獲取第一占空比，所述第一占空比和與速度有關(guān)的第二占空比相加，得到最終占空比；D、根據(jù)所述最終占空比、無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)，選擇開關(guān)管狀態(tài)；E、根據(jù)所述開關(guān)管狀態(tài)控制逆變器驅(qū)動所述無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，在所述步驟A中，包括Al、通過位置傳感器獲取所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；A2、將所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速作差，得到速度差；A3、將所述速度差進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，得到所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選的，所述步驟Al具體包括所述位置傳感器采用增量式光電編碼器，根據(jù)單位時間內(nèi)所述光電編碼器發(fā)出的脈沖邊沿數(shù)，計算得到所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。優(yōu)選的，在所述步驟B中，包括BI、采集所述無刷直流電機(jī)的輸入端的兩相電流值，根據(jù)所述兩相電流值計算得到第三相的電流值；B2、通過位置傳感器檢測所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；B3、根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置獲取對應(yīng)的線反電勢常數(shù)；B4、根據(jù)三相電流與線反電勢常數(shù)，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選的，所述步驟B2具體包括所述位置傳感器采用增量式光電編碼器，根據(jù)所述光電編碼器發(fā)出的脈沖邊沿數(shù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置換算，獲得所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。優(yōu)選的,所述步驟B4具體包括
P· · /. -I- P · /根據(jù)公式7；__獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩;其中，Te為估
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算轉(zhuǎn)矩，eba為繞組端口 B、A之間的線反電勢，ib為繞組端口 B的電流，eca為繞組端口 C、A之間的線反電勢，i。為繞組端口 C的電流，ωΜ為無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。優(yōu)選的，在所述步驟C中，包括Cl、將所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩與估算轉(zhuǎn)矩作差，得到轉(zhuǎn)矩差；C2、將所述轉(zhuǎn)矩差進(jìn)行轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)得到第一占空比，所述轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)采用四電平調(diào)節(jié)，不同的轉(zhuǎn)矩差，對應(yīng)輸出不同的占空比。 優(yōu)選的，在所述步驟D中，包括根據(jù)所述最終占空比、無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)與開關(guān)管狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系，選擇開關(guān)管狀態(tài)，所述對應(yīng)關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 A、根據(jù)無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速，獲取所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩； B、根據(jù)所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和所述無刷直流電機(jī)的輸入端的三相電流值，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩； C、根據(jù)所述給定轉(zhuǎn)矩和估算轉(zhuǎn)矩獲取第一占空比，所述第一占空比和與速度有關(guān)的第二占空比相加，得到最終占空比； D、根據(jù)所述最終占空比、無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)，選擇開關(guān)管狀態(tài)； E、根據(jù)所述開關(guān)管狀態(tài)控制逆變器驅(qū)動所述無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在所述步驟A中，包括 Al、通過位置傳感器獲取所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速； A2、將所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速作差，得到速度差； A3、將所述速度差進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，得到所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟Al具體包括所述位置傳感器采用增量式光電編碼器，根據(jù)單位時間內(nèi)所述光電編碼器發(fā)出的脈沖邊沿數(shù)，計算得到所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在所述步驟B中，包括 BI、采集所述無刷直流電機(jī)的輸入端的兩相電流值，根據(jù)所述兩相電流值計算得到第三相的電流值； B2、通過位置傳感器檢測所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置； B3、根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置獲取對應(yīng)的線反電勢常數(shù)； B4、根據(jù)三相電流與線反電勢常數(shù)，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟B2具體包括所述位置傳感器采用增量式光電編碼器，根據(jù)所述光電編碼器發(fā)出的脈沖邊沿數(shù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置換算，獲得所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，所述步驟B4具體包括 根據(jù)公式獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩；其中，Te為估算轉(zhuǎn) 矩，eba為繞組端口 B、A之間的線反電勢，ib為繞組端口 B的電流，eca為繞組端口 C、A之間的線反電勢，i。為繞組端口 C的電流，為無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在所述步驟C中，包括 Cl、將所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩與估算轉(zhuǎn)矩作差，得到轉(zhuǎn)矩差； C2、將所述轉(zhuǎn)矩差進(jìn)行轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)得到第一占空比，所述轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)采用四電平調(diào)節(jié)，不同的轉(zhuǎn)矩差，對應(yīng)輸出不同的占空比。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項(xiàng)所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在所述步驟D中，包括 根據(jù)所述最終占空比、無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)與開關(guān)管狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系，選擇開關(guān)管狀態(tài)，所述對應(yīng)關(guān)系為
9.一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，所述裝置包括 給定轉(zhuǎn)矩獲取單元，用于根據(jù)無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速，獲取所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩； 估算轉(zhuǎn)矩獲取單元，用于根據(jù)所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和所述無刷直流電機(jī)的輸入端的三相電流值，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩； 最終占空比獲取單元，用于根據(jù)所述給定轉(zhuǎn)矩和估算轉(zhuǎn)矩獲取第一占空比，所述第一占空比和與速度有關(guān)的第二占空比相加，得到最終占空比； 開關(guān)管狀態(tài)選擇單元，用于根據(jù)所述最終占空比、無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)，選擇開關(guān)管狀態(tài)； 逆變器控制單元，用于根據(jù)所述開關(guān)管狀態(tài)控制逆變器驅(qū)動所述無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，所述給定轉(zhuǎn)矩獲取單元包括 位置傳感器，用于采集所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)； 速度計算子單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)獲取所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)子單元，用于將所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速作差得到的速度差進(jìn)行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)，得到所述無刷直流電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，所述估算轉(zhuǎn)矩獲取單元包括電流獲取子單元，用于采集所述無刷直流電機(jī)的輸入端的兩相電流值，并根據(jù)所述兩相電流值計算得到第二相的電流值； 位置換算子單元，用于對所述位置傳感器采集的所述無刷直流電機(jī)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，得到所述無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置； 線反電勢常數(shù)獲取子單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置獲取對應(yīng)的線反電勢常數(shù)； 電磁轉(zhuǎn)矩估算子單元，用于根據(jù)三相電流與線反電勢常數(shù)，獲取所述無刷直流電機(jī)的估算轉(zhuǎn)矩。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，所述最終占空比獲取單元包括 滯環(huán)控制器，用于對所述給定轉(zhuǎn)矩和估算轉(zhuǎn)矩作差得到的轉(zhuǎn)矩差進(jìn)行轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)，得到第一占空比； 第二占空比獲取子單元，用于根據(jù)所述無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，獲取第二占空比； 占空比計算子單元，用于將所述第一占空比和第二占空比相加，得到最終占空比。
全文摘要
本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括A、根據(jù)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和指令轉(zhuǎn)速，獲取給定轉(zhuǎn)矩；B、根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和電機(jī)輸入端的三相電流值，獲取估算轉(zhuǎn)矩；C、根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩和估算轉(zhuǎn)矩獲取第一占空比，并與速度有關(guān)的第二占空比相加，得到最終占空比；D、根據(jù)最終占空比、轉(zhuǎn)子位置和給定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)，選擇開關(guān)管狀態(tài)；E、根據(jù)開關(guān)管狀態(tài)控制逆變器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明還公開了一種無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制裝置。本發(fā)明采用線反電勢波形系數(shù)進(jìn)行計算轉(zhuǎn)矩，縮短了控制周期；并結(jié)合PWM技術(shù)，改善轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)電感小時的轉(zhuǎn)矩脈動抑制；且能夠?qū)崿F(xiàn)無刷直流電機(jī)的四象限運(yùn)行。
文檔編號H02P6/16GK102710188SQ20121016772
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者周生海, 李珍國, 章松發(fā) 申請人:燕山大學(xué)