無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，采用轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，轉(zhuǎn)矩環(huán)作為內(nèi)環(huán)，根據(jù)無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉(zhuǎn)速，與參考轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速誤差，經(jīng)模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)后的輸出作為轉(zhuǎn)矩期望值；期望轉(zhuǎn)矩減去實際轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，實際轉(zhuǎn)矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到；轉(zhuǎn)矩誤差輸入滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器輸出結(jié)合轉(zhuǎn)子的位置信號，從制定好的開關(guān)表中選擇合適的電壓矢量去控制與直流電源相連的逆變橋，使無刷直流電機輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。該方法避免了電流滯環(huán)控制對電磁轉(zhuǎn)矩抑制效果較差的缺陷、克服了傳統(tǒng)PID控制方法在對BLDCM進行控制時具有精度低、抗干擾能力差問題。
【專利說明】無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機作為一種永磁同步電機，既具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維修方便的優(yōu)點，又具有直流電機運行效率高，無勵磁損耗，調(diào)速性能好等優(yōu)點，同時還克服了直流電機機械電刷帶來的一些弊端，故其越來越廣泛地被應(yīng)用在國民生產(chǎn)各領(lǐng)域。無刷直流電動機是一個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)采用經(jīng)典的控制理論很難滿足實際的要求。無刷直流電機最突出的問題就是具有轉(zhuǎn)矩脈動。由于轉(zhuǎn)矩脈動帶來了振動、諧振、噪聲等問題，降低了電氣傳動系統(tǒng)的控制特性和可靠性，因此限制了無刷電機在諸多高精度領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]目前的無刷電機控制策略多是通過控制電流的方法間接控制轉(zhuǎn)矩，屬于轉(zhuǎn)矩的開環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢且轉(zhuǎn)矩脈動大。直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法。它以電機的瞬時轉(zhuǎn)矩為控制對象，將轉(zhuǎn)矩脈動視為可測干擾，根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差，通過轉(zhuǎn)矩控制器實現(xiàn)對瞬時轉(zhuǎn)矩的直接控制，具有轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性。無刷直流電機的基本原理是由電磁轉(zhuǎn)矩誤差、定子磁鏈誤差和定子磁鏈所在扇區(qū)這三個值，通過查開關(guān)表得到應(yīng)施加的上述空間電壓矢量，使得定子磁鏈沿著圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到減小電磁轉(zhuǎn)矩脈動的目的。當(dāng)無刷直流電機采用二二導(dǎo)通方式時，由于關(guān)斷相電壓的不確定性，電壓空間矢量己無法通過逆變器開關(guān)狀態(tài)來計算。通過實時檢測三相電壓來計算電壓矢量，卻又增加了硬件復(fù)雜度，因此采用電壓計算模型來計算定子磁鏈就更加困難。而且由于定子磁鏈幅值隨空間位置不同而時刻變化，定子磁鏈的觀測也非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種新型無刷直流電機的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，避免了電流滯環(huán)控制對電磁轉(zhuǎn)矩抑制效果較差的缺陷、克服了傳統(tǒng)的PID控制方法在對無刷直流電機進行控制時具有精度低、抗干擾能力差問題，省去了定子磁鏈觀測與控制環(huán)節(jié)，同時又具有結(jié)構(gòu)簡化、低成本的特點。
[0005]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，
[0007]采用轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，轉(zhuǎn)矩環(huán)作為內(nèi)環(huán)，根據(jù)無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉(zhuǎn)速，與參考轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速誤差，經(jīng)模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)后的輸出作為轉(zhuǎn)矩期望值；
[0008]期望轉(zhuǎn)矩減去實際轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，實際轉(zhuǎn)矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到；
[0009]轉(zhuǎn)矩誤差輸入滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器輸出結(jié)合轉(zhuǎn)子的位置信號，從制定好的開關(guān)表中選擇合適的電壓矢量去控制與直流電源相連的逆變橋，使無刷直流電機輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。
[0010]進一步地，轉(zhuǎn)速外環(huán)的模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)是通過模糊控制器對PID控制器的比例、積分、微分參數(shù)Kp，Ki, Kd進行在線調(diào)整，來獲得較佳控制參數(shù)。
[0011]進一步地，轉(zhuǎn)速外環(huán)的模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)是通過模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的，模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)器中，參考轉(zhuǎn)速η*與測量轉(zhuǎn)速η經(jīng)過誤差比較器得到誤差，誤差經(jīng)過一個微分環(huán)節(jié)產(chǎn)生誤差微分，誤差與誤差微分輸入到模糊推理，輸出對Pid調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行在線調(diào)整，來獲得較佳控制參數(shù)。
[0012]進一步地，利用反電勢、相電流計算觀測到的電磁轉(zhuǎn)矩，
[0013]Te = K(ea*ia+eb*ib+ec*ic)⑴
[0014]其中，
【權(quán)利要求】
1.一種無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于: 采用轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，轉(zhuǎn)矩環(huán)作為內(nèi)環(huán)，根據(jù)無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉(zhuǎn)速，與參考轉(zhuǎn)速比較后得到轉(zhuǎn)速誤差，經(jīng)模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)后的輸出作為轉(zhuǎn)矩期望值； 期望轉(zhuǎn)矩減去實際轉(zhuǎn)矩得到轉(zhuǎn)矩誤差，實際轉(zhuǎn)矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到； 轉(zhuǎn)矩誤差輸入滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器輸出結(jié)合轉(zhuǎn)子的位置信號，從制定好的開關(guān)表中選擇合適的電壓矢量去控制與直流電源相連的逆變橋，使無刷直流電機輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于:轉(zhuǎn)速外環(huán)的模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)是通過模糊控制器對PID控制器的比例、積分、微分參數(shù)Kp，Ki，Kd進行在線調(diào)整，來獲得較佳控制參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于:轉(zhuǎn)速外環(huán)的模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)是通過模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的，模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)器中，參考轉(zhuǎn)速η*與測量轉(zhuǎn)速η經(jīng)過誤差比較器得到誤差，誤差經(jīng)過一個微分環(huán)節(jié)產(chǎn)生誤差微分，誤差與誤差微分輸入到模糊推理，輸出對Pid調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行在線調(diào)整，來獲得較佳控制參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于:利用反電勢、相電流計算觀測到的電磁轉(zhuǎn)矩，
Te = K(ea*ia+eb*ib+ec*ic)(I) 其中，I =If，k是反電勢系數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于: 在轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩給定T*與實際轉(zhuǎn)矩T差值大于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器滯環(huán)寬度Λ Τ，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出τ = 1，這時應(yīng)增大轉(zhuǎn)矩；當(dāng)轉(zhuǎn)矩給定Τ*與實際轉(zhuǎn)矩T差值小于轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器滯環(huán)寬度AT，轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出τ = -1 ;否則轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出τ =O0
6.如權(quán)利要求5所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，根據(jù)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出τ和轉(zhuǎn)子位置所在扇區(qū)選擇開關(guān)表，開關(guān)表如下: τI23456 IV } 0 K K V0 K K K -1VV1F1F4
7.如權(quán)利要求6所述的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，實現(xiàn)該方法的結(jié)構(gòu)為:無刷直流電機與位置信號輸出相連，轉(zhuǎn)速計算模塊與位置信號輸出相連，參考轉(zhuǎn)速和計算轉(zhuǎn)速輸入到轉(zhuǎn)速比較器，比較器輸出輸入到模糊自適應(yīng)Pid調(diào)節(jié)器，反電勢、相電流測量模塊與無刷直流電機相連，輸出輸入到轉(zhuǎn)矩觀測模塊，模糊自適應(yīng)Pid調(diào)節(jié)器輸出的參考轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩觀測模塊輸出的測量轉(zhuǎn)矩輸入到轉(zhuǎn)矩比較器，轉(zhuǎn)矩比較器的輸出輸入到滯環(huán)比較器，滯環(huán)比較器的輸出和位置信號輸出輸入到開關(guān)表選擇合適的開關(guān)信號驅(qū)動與直流電源相 連的逆變器，從而控制無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩輸出。
【文檔編號】H02P21/00GK104022699SQ201410211601
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】張友剛, 王仁偉, 劉志剛 申請人:江蘇新綠能科技有限公司