無刷直流電機直接轉矩控制方法
【專利摘要】本發明公開一種無刷直流電機直接轉矩控制方法，采用轉速與轉矩雙閉環控制，轉速環作為外環，轉矩環作為內環，根據無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉速，與參考轉速比較后得到轉速誤差，經模糊自適應調節后的輸出作為轉矩期望值；期望轉矩減去實際轉矩得到轉矩誤差，實際轉矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到；轉矩誤差輸入滯環比較器，滯環比較器輸出結合轉子的位置信號，從制定好的開關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定的轉矩。該方法避免了電流滯環控制對電磁轉矩抑制效果較差的缺陷、克服了傳統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矩控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無刷直流電機直接轉矩控制方法。
【背景技術】
[0002]無刷直流電機作為一種永磁同步電機，既具有交流電機結構簡單，運行可靠，維修方便的優點，又具有直流電機運行效率高，無勵磁損耗，調速性能好等優點，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用在國民生產各領域。無刷直流電動機是一個多變量、強耦合的非線性系統采用經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矩脈動。由于轉矩脈動帶來了振動、諧振、噪聲等問題，降低了電氣傳動系統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域的應用。
[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矩，屬于轉矩的開環控制，轉矩響應慢且轉矩脈動大。直接轉矩控制(DTC)是一種轉矩閉環控制方法。它以電機的瞬時轉矩為控制對象，將轉矩脈動視為可測干擾，根據轉矩誤差，通過轉矩控制器實現對瞬時轉矩的直接控制，具有轉矩控制的動態性。無刷直流電機的基本原理是由電磁轉矩誤差、定子磁鏈誤差和定子磁鏈所在扇區這三個值，通過查開關表得到應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，最終達到減小電磁轉矩脈動的目的。當無刷直流電機采用二二導通方式時，由于關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狀態來計算。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。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種新型無刷直流電機的直接轉矩控制方法，避免了電流滯環控制對電磁轉矩抑制效果較差的缺陷、克服了傳統的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節，同時又具有結構簡化、低成本的特點。
[0005]為了實現以上目的，本發明的技術方案如下:
[0006]一種無刷直流電機直接轉矩控制方法，
[0007]采用轉速與轉矩雙閉環控制，轉速環作為外環，轉矩環作為內環，根據無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉速，與參考轉速比較后得到轉速誤差，經模糊自適應調節后的輸出作為轉矩期望值；
[0008]期望轉矩減去實際轉矩得到轉矩誤差，實際轉矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到；
[0009]轉矩誤差輸入滯環比較器，滯環比較器輸出結合轉子的位置信號，從制定好的開關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定的轉矩。
[0010]進一步地，轉速外環的模糊自適應調節是通過模糊控制器對PID控制器的比例、積分、微分參數Kp，Ki, Kd進行在線調整，來獲得較佳控制參數。
[0011]進一步地，轉速外環的模糊自適應調節是通過模糊自適應調節器實現的，模糊自適應調節器中，參考轉速η*與測量轉速η經過誤差比較器得到誤差，誤差經過一個微分環節產生誤差微分，誤差與誤差微分輸入到模糊推理，輸出對Pid調節器的參數進行在線調整，來獲得較佳控制參數。
[0012]進一步地，利用反電勢、相電流計算觀測到的電磁轉矩，
[0013]Te = K(ea*ia+eb*ib+ec*ic)⑴
[0014]其中，
【權利要求】
1.一種無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于: 采用轉速與轉矩雙閉環控制，轉速環作為外環，轉矩環作為內環，根據無刷直流電機的霍爾傳感器輸出信號計算出電機轉速，與參考轉速比較后得到轉速誤差，經模糊自適應調節后的輸出作為轉矩期望值； 期望轉矩減去實際轉矩得到轉矩誤差，實際轉矩采用反電勢與相電流相乘的方法計算得到； 轉矩誤差輸入滯環比較器，滯環比較器輸出結合轉子的位置信號，從制定好的開關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定的轉矩。
2.如權利要求1所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于:轉速外環的模糊自適應調節是通過模糊控制器對PID控制器的比例、積分、微分參數Kp，Ki，Kd進行在線調整，來獲得較佳控制參數。
3.如權利要求2所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于:轉速外環的模糊自適應調節是通過模糊自適應調節器實現的，模糊自適應調節器中，參考轉速η*與測量轉速η經過誤差比較器得到誤差，誤差經過一個微分環節產生誤差微分，誤差與誤差微分輸入到模糊推理，輸出對Pid調節器的參數進行在線調整，來獲得較佳控制參數。
4.如權利要求1-3任一項所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于:利用反電勢、相電流計算觀測到的電磁轉矩，
Te = K(ea*ia+eb*ib+ec*ic)(I) 其中，I =If，k是反電勢系數。
5.如權利要求4所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于: 在轉矩滯環比較器中，當轉矩給定T*與實際轉矩T差值大于轉矩調節器滯環寬度Λ Τ，轉矩滯環調節器輸出τ = 1，這時應增大轉矩；當轉矩給定Τ*與實際轉矩T差值小于轉矩調節器滯環寬度AT，轉矩滯環調節器輸出τ = -1 ;否則轉矩滯環調節器輸出τ =O0
6.如權利要求5所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于，根據轉矩調節器輸出τ和轉子位置所在扇區選擇開關表，開關表如下: τI23456 IV } 0 K K V0 K K K -1VV1F1F4
7.如權利要求6所述的無刷直流電機直接轉矩控制方法，其特征在于，實現該方法的結構為:無刷直流電機與位置信號輸出相連，轉速計算模塊與位置信號輸出相連，參考轉速和計算轉速輸入到轉速比較器，比較器輸出輸入到模糊自適應Pid調節器，反電勢、相電流測量模塊與無刷直流電機相連，輸出輸入到轉矩觀測模塊，模糊自適應Pid調節器輸出的參考轉矩與轉矩觀測模塊輸出的測量轉矩輸入到轉矩比較器，轉矩比較器的輸出輸入到滯環比較器，滯環比較器的輸出和位置信號輸出輸入到開關表選擇合適的開關信號驅動與直流電源相 連的逆變器，從而控制無刷直流電機的轉矩輸出。
【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 優先權日:2014年5月19日
【發明者】張友剛, 王仁偉, 劉志剛 申請人:江蘇新綠能科技有限公司