專利名稱：一種永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法，屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
永磁無刷直流電機(jī)采用電子換相，消除了換向器和電刷組成的機(jī)械接觸裝置，因而維護(hù)費用低、壽命長；通過轉(zhuǎn)子永磁體獲得勵磁，不需要勵磁電流，沒有勵磁損耗，效率更高；具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，在給定的電磁轉(zhuǎn)矩下具有較快的響應(yīng)，轉(zhuǎn)矩慣性比較高；轉(zhuǎn)子損耗可忽略，具有較高的運行效率，避免了轉(zhuǎn)子散熱問題；體積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，可應(yīng)用在空間受限制場合；重量輕、功率密度較高。永磁無刷直流電機(jī)的上述優(yōu)良特性使其成為新型電機(jī)的一個重要發(fā)展方向，在航空航天、機(jī)器人、汽車電子、工業(yè)生產(chǎn)、家用電器和辦公自動化等領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。因此，永磁無刷直流電機(jī)作為新型節(jié)能電機(jī)具有廣闊的市場前景。由于永磁無刷直流電機(jī)采用兩兩導(dǎo)通模式運行，運行過程中每隔1/6周期出現(xiàn)的換相轉(zhuǎn)矩波動是永磁無刷直流電機(jī)中存在的主要問題。換相轉(zhuǎn)矩波動最高可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的 50 %，其制約了永磁無刷直流電機(jī)在高性能領(lǐng)域中的應(yīng)用。在以往文獻(xiàn)研究中，換相過程中電流控制策略大部分基于PWM調(diào)制策略，并且當(dāng)前的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制策略大多將電機(jī)高、低速運行狀態(tài)分開考慮，增加了系統(tǒng)和控制策略的復(fù)雜性，因而在實際應(yīng)用中，有必要尋求一種能夠在整個速度范圍內(nèi)有效抑制換相轉(zhuǎn)矩波動的統(tǒng)一方法，提高永磁無刷直流電機(jī)運行性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能夠在整個電機(jī)調(diào)速范圍內(nèi)有效地抑制換相轉(zhuǎn)矩波動，提高永磁無刷直流電機(jī)運行性能的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法。本發(fā)明在換相過程中通過切換不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)，改善換相過程中關(guān)斷相電流和開通相電流，抑制換相轉(zhuǎn)矩波動。該方法不需要額外的硬件電路；不需要改變直流母線電壓；不需要計算PWM占空比；不需要了解每種逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)的具體導(dǎo)通時間；不需要區(qū)別考慮電機(jī)的高、低速運行狀態(tài)，而是采用了統(tǒng)一的控制策略。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法，該方法以霍爾信號的上升沿或下降沿為換相過程的開始時刻，以相應(yīng)關(guān)斷相電流降低至零為換相過程的結(jié)束時刻，包括下列步驟(1)檢測到霍爾信號的上升沿或下降沿，換相開始，執(zhí)行下面的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制算法；(2)獲取當(dāng)前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值和電機(jī)運行速度；(3)根據(jù)電機(jī)運行速度和換相模式，分別計算下一時刻(第k+Ι時刻)三相繞組相反電勢；(4)分別計算當(dāng)前換相模式中不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)在下一時刻(第k+Ι時刻)的三相繞組端點對功率地電壓；(5)根據(jù)下一時刻(第k+Ι時刻)的三相繞組端點對功率地電壓、三相繞組相反電勢及當(dāng)前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值，計算其中一種逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值；(6)利用價值函數(shù)g = I i*(k+l)-|i t(k+l) I I對該逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流預(yù)測值進(jìn)行評估，式中，Γ為電流給定參考值；in。n-。mt為換相過程中非換相電流預(yù)測值； k+Ι為第k+Ι時刻；(7)重復(fù)執(zhí)行( 至(6)，直到計算出當(dāng)前換相模式中所有逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值，選擇使價值函數(shù)最小的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)作為下一時刻(第k+Ι時刻)的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生下一時刻(第k+Ι時刻)相應(yīng)的逆變電路控制信號；(8)重復(fù)執(zhí)行( 至(7)，直到檢測到相應(yīng)關(guān)斷相電流降低至零，換相過程結(jié)束，停止上述換相轉(zhuǎn)矩波動抑制算法。上述步驟(5)中，可以利用下面的非換相電流預(yù)測模型計算每種逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值C相為非換相狀態(tài)時的非換相電流預(yù)測模型為
權(quán)利要求
1.一種永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法，用于以兩兩導(dǎo)通換相方式運行的三相全橋式永磁無刷直流電機(jī)上，該方法以霍爾信號的上升沿或下降沿為換相過程的開始時刻，以相應(yīng)關(guān)斷相電流降低至零為換相過程的結(jié)束時刻，其特征在于，包括下列步驟(1)換相開始，執(zhí)行下面的換相轉(zhuǎn)矩波動抑制算法；(2)獲取當(dāng)前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值和電機(jī)運行速度；(3)根據(jù)電機(jī)運行速度和當(dāng)前換相模式，計算下一時刻(第k+Ι時刻)三相繞組相反電勢；(4)分別獲得當(dāng)前換相模式中不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)在下一時刻(第k+Ι時刻)的三相繞組端點對功率地電壓；(5)根據(jù)下一時刻(第k+Ι時刻)的三相繞組端點對功率地電壓、三相繞組相反電勢及當(dāng)前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值，計算其中一種逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值；(6)利用價值函數(shù)g=i*(k+l)-|i t(k+l) I I對該逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流預(yù)測值進(jìn)行評估，式中，Γ為電流給定參考值；in 為換相過程中非換相電流預(yù)測值；k+1 為第k+Ι時刻；(7)重復(fù)執(zhí)行( 至(6)，直到計算出當(dāng)前換相模式中所有逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值，選擇使價值函數(shù)最小的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)作為下一時刻(第k+Ι時刻)的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生下一時刻(第k+Ι時刻)相應(yīng)的逆變電路控制信號；(8)重復(fù)執(zhí)行( 至(7)，直到換相過程結(jié)束，停止上述換相轉(zhuǎn)矩波動抑制算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法，其特征在于，步驟(5)中，利用下面的非換相電流預(yù)測模型計算每種逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預(yù)測值C相為非換相狀態(tài)時的非換相電流預(yù)測模型為■(k(k , D _ (k + \) + Ub(i{k + \)-Iucii(k +1))7； , (ea{k + \) + eb{k + \)~Iec(k +1))7； , 3LJc(k):non3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSSB相為非換相狀態(tài)時的非換相電流預(yù)測模型為■(k + l)=i(k + l)= (ua0(k + l)+uc0(k + l)-2ub0(k + l))Ts t {ea{k + \) + ec{k + \)-2eb{k + \))Ts ^ 3LJb(k)."""3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSSA相為非換相狀態(tài)時的非換相電流預(yù)測模型為/ (k ι (/: ι 1)- M + l) + uc^ + \)-2ua(i{k + Ws ^ {eb{k + \) + ec{k + \)-2ea{k + Ws , 3 ^)"""3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSS式中，ia、ib、i。分別為三相繞組相電流；UfUbpUd分別為三相繞組端點對功率地電壓； ea、eb、e。分別為三相繞組相反電勢；TS為采樣時間；R為繞組相電阻；LS為繞組等效相電感； k為第k時亥Ij ；k+Ι為第k+Ι時刻。
全文摘要
本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法，包括下列步驟檢測到霍爾信號的上升沿或下降沿，換相開始，執(zhí)行該換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法；獲取當(dāng)前時刻非換相電流采樣值和電機(jī)運行速度；根據(jù)電機(jī)運行速度和換相模式，分別計算下一時刻三相繞組相反電勢；分別獲得下一時刻的不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下三相繞組端點對功率地電壓；分別預(yù)測不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流在下一時刻的預(yù)測值；利用價值函數(shù)對不同逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)下非換相電流預(yù)測值進(jìn)行評估；選擇使價值函數(shù)最小的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)作為下一時刻的逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的逆變電路控制信號；檢測到相應(yīng)關(guān)斷相電流降低至零，換相過程結(jié)束，停止該換相轉(zhuǎn)矩波動抑制方法。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確的確定換相過程，保證在換相瞬間能夠較好地實施對逆變電路導(dǎo)通狀態(tài)的控制，實現(xiàn)換相轉(zhuǎn)矩波動抑制。
文檔編號H02P6/10GK102163947SQ20111009394
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者史婷娜, 夏長亮, 王迎發(fā), 陳煒 申請人:天津大學(xué)