一种Buck电路无刷直流电机驱动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公布了一种Buck电路无刷直流电机驱动系统及其控制方法，在无刷直流电机传导区间和换相区间都能维持电感电流恒定；驱动系统为转速电流双闭环控制，外环是转速环，由PI调节器进行控制；内环是电流环，由单周期算法控制。本发明专利技术Buck电路无刷直流电机驱动系统及其控制方法能够使得电感电流及时响应无刷直流电机换相时刻Buck突然卸载的变化，通过检测Buck电感电流和Buck电容电压，维持电感电流恒定；该方法能够有效提高电流内环对负载变化的响应能力，具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种Buck电路无刷直流电机驱动系统控制方法，属于直流变换器一 电机驱动的领域。
技术介绍
无刷直流电机转子采用永磁材料励磁，由于其体积小、功率密度高、动态适应性 强、控制简便等特点，已经广泛应用于生产生活的各个领域。但是传统的各种PWM控制方式 下的无刷直流电机，其调速范围受到逆变器开关管频率的限制，且高频PWM斩波会大大增 加开关损耗。 随着电力电子技术的发展，Buck电路越来越多地被应用于电机调速的场合。控制 开关管占空比就可W调节Buck电路输出电压，非常适用于一些需要调压调速的场合，尤其 在高速电机领域调压调速应用更加广泛。 对于传统的Buck电路接阻性负载时，其电流环一般采用PI控制，该情况下PI调 节器可W使电流环对负载变化做出较好的响应。但是在Buck电路接无刷直流电机负载时， 由于无刷直流电机换相时相当于在换相时刻Buck突然空载，此时PI调节器不能使得电流 内环及时响应负载变化，造成电感电流跌落，没能实现双闭环控制系统的控制目标，即电流 内环没能及时对空载做出调节。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
的不足，本专利技术提供了一种Buck电路无刷直流电机驱动系统 及其控制方法，该利用转速环给定的电流基准值、电感电流的反馈值W及采样到的电容电 压值，对每个周期内的开关管占空比进行预测分配，使得控制系统能够及时响应电机换相 时刻Buck突然空载的情况，保持电感电流恒定。本专利技术为解决上述技术问题采用W下技术方案： -种Buck电路无刷直流电机驱动系统控制方法，该方法包括W下步骤：[000引步骤1，在一个控制周期开始时刻采集Buck变换器中的电感电流、电容电压，利用 传感器检测无刷直流电机转子的位置信号，将所述信号传送到数字信号处理器中； 步骤2,当无刷直流电机换相时，数字信号处理器实时计算出电机转速作为电机 转速环的反馈，与设定的电机转速给定值经过PI调节器进行调节，作为电机转速环的输出 值； 步骤3,将转速环输出值作为电流环的给定值，利用单周期控制算法，根据该开关 周期内电感电流给定值与反馈值的差值，计算出下个控制周期的占空比W消除本控制周期 内电感电流给定值与反馈值的误差。 进一步的，步骤3中所述的单周期控制算法公式具体为，[001引式中，D&W为第化+1)个控制周期内，开关管的占空比；ibwoo为第k个控制周期内电感电流的参考值，即转速环的输出值；[001引iu?iao为第k个控制周期内，电感电流的反馈值；[001引 Utfw为第k个控制周期内，电容上的电压值；L为Buck电路的电感值；[001引 Udoo为电源电压值，一般视为恒定值； T为一个控制周期的时间。 一种在Buck电路无刷直流电机驱动系统，该系统包括电源、Buck变换器、无刷直 流电机和=相逆变器； 所述电源的正极连接Buck变换器的正向电压输入端，电源的负极连接Buck变换 器的负极； 所述Buck变换器的正向电压输出端连接逆变器的正极，Buck变换器的负极连接 =相逆变器的负极；所述=相逆变器各相的中点连接无刷直流电机=相上。 本专利技术采用W上技术方案与现有技术相比，具有W下技术效果： 该方法在无刷直流电机换相时，利用数字信号处理器检测电机霍尔传感器发出的 位置信号，将检测出的霍尔传感器位置信号送入数字信号处理器内部，数字信号处理器根 据接收到的霍尔传感器信号控制下一区间逆变器开关管开关状态，经过数字信号处理器的 PWM口输出逆变器开关管的开关信号，进行正确换相。该驱动系统为转速电流双闭环控制系统，其中外环是转速环，数字信号处理器实 时计算出电机转速作为电机速度环的反馈rifcd，与设定的电机转速给定rWf经过PI调节器 进行调节，转速外环输出值作为电流内环的给定，设为ibw。内环是电流环，数字信号处理 器实时采样Buck电感电流作为电流内环的反馈iued。 在单周期控制的电流内环中，数字信号处理器通过实时检测采样该控制周期内电 感电流iued和电容电压Ud，利用单周期控制算法可W根据该开关周期内电感电流给定值与 反馈值的差值，计算出下个开关周期的占空比W消除该周期内电感电流给定值与反馈值的 误差，使得电感电流反馈值实时跟踪给定值，在电感电流给定值恒定的情况下，保持电感电 流恒定。 实时检测电感电流和电容电压，通过所设计的单周期控制算法，使得电感电流能 够及时响应电机换相时刻负载突变的情况；解决了PI调节器控制下，PI参数依靠经验值来 确定不能及时响应电容电压的变化，造成的PI调节的占空比已经不适应电机换相情况下 的动态参数，不能及时调整开关管占空比来使得电感电流恒定；与其它诸如变PI参数等控 制算法相比，该算法简洁明了，容易实现。【附图说明】 图1为Buck电路无刷直流电机驱动系统等效电路图； 图2为Buck电路无刷直流电机驱动系统转速电流双闭环等效控制框图； 图3为单周期算法控制方式下电感电流工作状态波形图； 图4为Buck电路无刷直流电机驱动系统框图； 图5为电感电流仿真波形图； 图6为电感电流与Buck变换器开关信号细节波形图。【具体实施方式】 本专利技术提供，为使本专利技术的 目的，技术方案及效果更加清楚，明确，W及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。 应当理解，此处所描述的具体实施仅用W解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明： 如图2、图4所示，一种Buck电路无刷直流电机驱动系统控制方法，控制电感电流 恒定的单周期控制算法，包括如下步骤： (1)无刷直流电机换相时，利用数字信号处理器检测电机霍尔传感器发出的位置 信号，将检测出的霍尔传感器位置信号送入数字信号处理器内部，数字信号处理器根据接 收到的霍尔传感器信号控制下一区间逆变器开关管开关状态，经过数字信号处理器的PWM 口输出逆变器开关管的开关信号，进行正确换相。[003引 似该驱动系统为转速电流双闭环控制系统，其中外环是转速环，数字信号处理器 实时计算出电机转速作为电机速度环的反馈n^d，与设定的电机转速给定经过PI调节 器进行控制，转速外环输出值作为电流内环的给定，设为ib。,。内环是电流环，数字信号处 理器实时采样Buck电感电流作为电流内环的反馈iued。 (3)在单周期控制的电流内环中，数字信号处理器通过实时检测采样该控制周期 开始时刻电感电流iued和电容电压Ud，利用单周期控制算法可W根据该开关周期内电感电 流给定值与反馈值的差值，计算出下个开关周期的占空比W消除该周期内电感电流给定值 与反馈值的误差，使得电感电流反馈值实时跟踪给定值，在电感电流给定值恒定的情况下， 保持电感电流恒定。 本专利技术提出的一种在Buck电路无刷直流电机驱动系统，其等效电路如图1所示， 包括电源、Buck变换器、无刷直流电机和S相逆变器；上述电源的正极连接Buck变换器的 正向电压输入端，电源的负极连接Buck变换器的负极；上述Buck变换器的正向电压输出端 连接逆变器的正极，Buck变换器的负极连接S相逆变器的负极；所述S相逆变器各相的中 点连接无刷直流电机立相上。[00川如图3所示，单周期算法控制电感电流恒定原理如下： 假设转速外环给电流内环的输出为ib。,，在转速恒定的情况下，经过数字信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Buck电路无刷直流电机驱动系统控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1，在一个控制周期开始时刻采集Buck变换器中的电感电流、电容电压，利用传感器检测无刷直流电机转子的位置信号，将所述信号传送到数字信号处理器中；步骤2，当无刷直流电机换相时，数字信号处理器实时计算出电机转速作为电机转速环的反馈，与设定的电机转速给定值经过PI调节器进行调节，作为电机转速环的输出值；步骤3，将转速环输出值作为电流环的给定值，利用单周期控制算法，根据该开关周期内电感电流给定值与反馈值的差值，计算出下个控制周期的占空比以消除本控制周期内电感电流给定值与反馈值的误差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：单涛，王晓琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32