專利名稱：一種永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法
技術領域：
本發明提出一種永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，屬于電機控制技術領域，尤其涉及到永磁無刷直流電機控制技術領域。
背景技術：
永磁無刷直流電機采用電子換相，消除了換向器和電刷組成的機械接觸裝置，因而維護費用低、壽命長；通過轉子永磁體獲得勵磁，不需要勵磁電流，沒有勵磁損耗，效率更高；具有較小的轉動慣量，在給定的電磁轉矩下具有較快的響應，轉矩慣性比較高；轉子損耗可忽略，具有較高的運行效率，避免了轉子散熱問題；體積較小，結構緊湊，可應用在空間受限制場合；重量輕、功率密度較高。永磁無刷直流電機的上述優良特性使其成為新型電機的一個重要發展方向，在航空航天、機器人、汽車電子、工業生產、家用電器和辦公自動化等領域得到了較好的應用。因此，永磁無刷直流電機作為新型節能電機具有廣闊的市場前景。由于永磁無刷直流電機采用兩兩導通模式運行，運行過程中每隔1/6周期出現的換相轉矩波動是永磁無刷直流電機中存在的主要問題。換相轉矩波動最高可達額定轉矩的 50 %，其制約了永磁無刷直流電機在高性能領域中的應用。在以往文獻研究中，換相過程中電流控制策略大部分基于PWM調制策略，并且當前的換相轉矩波動抑制策略大多將電機高、低速運行狀態分開考慮，增加了系統和控制策略的復雜性，因而在實際應用中，有必要尋求一種能夠在整個速度范圍內有效抑制換相轉矩波動的統一方法，提高永磁無刷直流電機運行性能，擴大其應用領域。

發明內容
本發明目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種能夠在整個電機調速范圍內有效地抑制換相轉矩波動，提高永磁無刷直流電機運行性能的換相轉矩波動抑制方法。本發明在換相過程中通過切換不同逆變電路導通狀態，改善換相過程中關斷相電流和開通相電流，抑制換相轉矩波動。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通狀態的具體導通時間；不需要區別考慮電機的高、低速運行狀態，而是采用了統一的控制策略。本發明的技術方案如下一種永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，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，以相應關斷相電流降低至零為換相過程的結束時刻，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，執行下面的換相轉矩波動抑制算法；(2)獲取當前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值和電機運行速度；(3)根據電機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)分別計算當前換相模式中不同逆變電路導通狀態在下一時刻(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通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值；(6)利用價值函數g = I i*(k+l)-|i t(k+l) I I對該逆變電路導通狀態下非換相電流預測值進行評估，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測值； k+Ι為第k+Ι時刻；(7)重復執行( 至(6)，直到計算出當前換相模式中所有逆變電路導通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值，選擇使價值函數最小的逆變電路導通狀態作為下一時刻(第k+Ι時刻)的逆變電路導通狀態，產生下一時刻(第k+Ι時刻)相應的逆變電路控制信號；(8)重復執行( 至(7)，直到檢測到相應關斷相電流降低至零，換相過程結束，停止上述換相轉矩波動抑制算法。上述步驟(5)中，可以利用下面的非換相電流預測模型計算每種逆變電路導通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值C相為非換相狀態時的非換相電流預測模型為
權利要求
1.一種永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，用于以兩兩導通換相方式運行的三相全橋式永磁無刷直流電機上，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，以相應關斷相電流降低至零為換相過程的結束時刻，其特征在于，包括下列步驟(1)換相開始，執行下面的換相轉矩波動抑制算法；(2)獲取當前時刻(第k時刻)的非換相電流采樣值和電機運行速度；(3)根據電機運行速度和當前換相模式，計算下一時刻(第k+Ι時刻)三相繞組相反電勢；(4)分別獲得當前換相模式中不同逆變電路導通狀態在下一時刻(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通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值；(6)利用價值函數g=i*(k+l)-|i t(k+l) I I對該逆變電路導通狀態下非換相電流預測值進行評估，式中，Γ為電流給定參考值；in 為換相過程中非換相電流預測值；k+1 為第k+Ι時刻；(7)重復執行( 至(6)，直到計算出當前換相模式中所有逆變電路導通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值，選擇使價值函數最小的逆變電路導通狀態作為下一時刻(第k+Ι時刻)的逆變電路導通狀態，產生下一時刻(第k+Ι時刻)相應的逆變電路控制信號；(8)重復執行( 至(7)，直到換相過程結束，停止上述換相轉矩波動抑制算法。
2.根據權利要求1所述的永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，其特征在于，步驟(5)中，利用下面的非換相電流預測模型計算每種逆變電路導通狀態下非換相電流在下一時刻(第k+Ι時刻)的預測值C相為非換相狀態時的非換相電流預測模型為■(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相為非換相狀態時的非換相電流預測模型為■(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相為非換相狀態時的非換相電流預測模型為/ (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
本發明屬于電機控制技術領域，涉及一種永磁無刷直流電機換相轉矩波動抑制方法，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，執行該換相轉矩波動抑制方法；獲取當前時刻非換相電流采樣值和電機運行速度；根據電機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通狀態下三相繞組端點對功率地電壓；分別預測不同逆變電路導通狀態下非換相電流在下一時刻的預測值；利用價值函數對不同逆變電路導通狀態下非換相電流預測值進行評估；選擇使價值函數最小的逆變電路導通狀態作為下一時刻的逆變電路導通狀態，產生相應的逆變電路控制信號；檢測到相應關斷相電流降低至零，換相過程結束，停止該換相轉矩波動抑制方法。本發明能夠準確的確定換相過程，保證在換相瞬間能夠較好地實施對逆變電路導通狀態的控制，實現換相轉矩波動抑制。
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 優先權日2011年4月14日
發明者史婷娜, 夏長亮, 王迎發, 陳煒 申請人:天津大學