一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，在相端电压与1/2母线电压的理想反电势过零点，判断提取有效过零点。由于反电势过零点前后，端电压和1/2母线电压的积分差可以检测内功角大小，故计算并锁存积分值，通过PI调节，到实时超前角，对前后积分差进行控制，达到减小内功角目的。本发明专利技术考虑到换相过程二极管续流对端电压波形产生的干扰，得到准确换向点。然后确定补偿角，在理想换向点的基础上超前换相，从而减小了内功角，提高了电机功率密度和效率，根据端电压的变化实时补偿内功角，具有很高的动态性。实验表明，与传统方法相比，该方法下内功角得以减小，功率密度提高，电流减小，最大电流可以减小4.9％，铜损降低10％。

A high dynamic internal angle control method for BLDCM

【技术实现步骤摘要】
一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法
本专利技术属于无刷直流电机内功角控制方法，涉及一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，包括一种无滤波延迟的反电势检测方法和一种不依赖电机参数、高动态性的超前角控制方法，最后达到减小内功角的目的。
技术介绍
无刷直流电机具有高效率、高功率密度的优势，特别适用于对重量和体积有严格限制的场合。为了进一步提高电机的功率密度减小电机的重量和体积，无刷直流电机朝着高速的方向发展，由于电机转速较高，受到处理器运算速度和成本的考虑，高速无刷直流电机通常采用基于前级Buck电路调压，后级三相六状态换相的驱动方法。同时，出于安全的考虑，高速无刷直流电机通常采用基于反电势过零检测的无位置控制方法。然而这种传统反电势过零检测的无位置方法过程中存在的反电势过零点的检测误差和滤波延迟、三相六状态的驱动方法、以及电机电阻和电感组成的一阶滞后环节，都会造成电机内功角的增加。当负载转矩恒定时，增大的内功角引起电机相电流和转矩脉动的增加。并且，内功角随着电机负载的增加而增大，导致电机调速范围和功率密度的降低。目前减小转子位置误差的方法，主要分为以下几种：第一种，采用换相过程中理想端电压的特征规律，观测转子位置，如利用换向的开始和结束时产生非通电相的对称端电压来得到转子位置，或检测换向周期开始和结束之间的端电压差的方法，但忽略了换相结束后二极管续流过程对该相端电压幅值的影响，从而造成换相前后端电压或者线电压存在本质上的差异；第二种，考虑了换相导致的端电压干扰，采用低通滤波器对端电压先进行滤波，但这就引起了反电势过零点的延迟，导致换相的滞后。此时就需要对滤波延迟进行额外的补偿，如根据检测电路的参数与反电动势的频率之间的线性关系来补偿由低通滤波器引起的滞后角，或者根据滤波器参数和电动机旋转速度计算由低通滤波器引起的相位延迟等，这些方法对电路参数比较敏感，动态性差。而减小内功角的方法，目前有如下几种：第一种通过锁相环观察内部功率因数角误差，并通过PI调节器将误差调整为零，但该方法需要软件鉴相，算法实现复杂，第二种根据电动机磁铁建立的相电流，电感和磁链计算实时提前角，但对电机参数敏感，计算复杂，动态性差。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，是一种高动态性，不依赖电机参数、高动态性的内功角控制方法，包括准确换相点的检测方法以及超前角补偿方法。技术方案一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：非换相阶段的工况，理想反电势过零点为该相端电压与1/2母线电压的交点；步骤2：从步骤1方法检测到的过零点中，筛选出有效过零点，排除干扰电压导致的无效过零点；三相反电势六种区间状态。1：A相实际反电势小于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；2：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；3：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势小于0；4：A相实际反电势大于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；5：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；6：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势大于0；由于二极管续流导致端电压出现干扰脉冲，此时若按照步骤一的方法，会检测出三次过零点，前两次为干扰电压导致的过零点，无效；第三次为有效过零点；六种区间状态检测出6个有效过零点；步骤3：计算换相过程中，每个有效过零点前后的三角形面积：其中一个三角形为换相开始到反电势过零点这段时间内，端电压与二分之一母线电压围成，记为S2y，y＝1～6；另一个三角形为反电势过零点到换相结束时间内，端电压与二分之一母线电压围成，记为S2y-1，y＝1～6；三相反电势中，每个反电势过零点对应两个三角形和一个面积差，故在步骤1提到的一个完整的区间内，共有六个反电势过零点，对应12个三角形面积，6个面积差ΔSy，y＝1～6；状态1：ΔS1＝S2-S1状态2：ΔS2＝S4-S3状态3：ΔS3＝S6-S5状态4：ΔS4＝S8-S7状态5：ΔS5＝S10-S9状态6：ΔS6＝S12-S11其中，式中：S2y-1表示换相阶段反电势过零点之前，端电压与二分之一母线电压围成的图形面积；S2y表示换相阶段反电势过零点之后，端电压与二分之一母线电压围成的图形面积；ucM表示C相端电压；U表示母线电压；Δt2y-1为换相开始到反电势过零点之间的时间差；Δt2y为反电势过零点到换相结束之间的相位差；A1为三相反电势傅里叶分解后的基波幅值，A2n+1为三相反电势傅里叶分解后的奇次项谐波分量幅值；θ是电机转子的电角度；ω为转子角速度；步骤4：通过ΔSy的值更新换相超前角，通过PI控制使其缩减到0附近，减小内功角；以ΔSy作为PI控制器的输入，0作为PI控制器的给定，PI控制器的输出作为电机换相超前角，使电机超前换相，从而在下个周期，将换相过程中反电势过零点前后，端电压与反电势围成的面积差ΔSy缩减到0附近，使电机反电势与相电流的相位差为0，达到减小内功角的效果。有益效果本专利技术提出的一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，尽可能减小相电流和反电势之间内功角，提高功率密度。本专利技术提供了一种在理想换相点之前设置一个超前角度使电机提前换相的方法。该方法首先通过端电压过零点的规律，得到理想的反电势过零点，从而得到理想的换向点；然后根据反电势过零点前后，端电压与1/2母线电压的积分差与内功角的关系，对两个积分的差值进行PI调节，减小积分差，从而减小内功角。故要达到减小内功角的目的，需从两个部分入手：第一部分是获得准确的无延迟的换相点，第二部分是控制超前角进行超前角补偿。本专利技术解决其技术问题的技术方案中：首先需找到理想反电势过零点。通过推导换相前后端电压方程，得出理论反电势过零点即为该相端电压与1/2母线电压的交点。由于二极管续流的影响，检测反电势过零点中会产生无效的误过零点，但这些检测到的过零点是按照一个有效过零点，两个无效过零点的规律分布，故利用该规律，通过软件逻辑判断即可提取有效过零点。反电势过零点超前30度，即可得准确换相点。采用一种高动态性的超前角补偿方法，由于反电势过零点前后，端电压和1/2母线电压的积分差可以检测内功角大小，故计算并锁存积分值，通过PI调节，到实时超前角，对前后积分差进行控制，从而对系统实时控制，达到减小内功角目的。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的一种内功角控制方法，首先保证了反电势过零点的准确性，即理想换向点的准确性，该方法在采集过程利用实际反电势特征，充分考虑到换相过程二极管续流对端电压波形产生的干扰，不依赖电机参数，得到准确换向点。然后分析端电压在反电势过零点前后的特征，确定补偿角，在理想换向点的基础上超前换相，从而减小了内功角，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1：非换相阶段的工况，理想反电势过零点为该相端电压与1/2母线电压的交点；/n步骤2：从步骤1方法检测到的过零点中，筛选出有效过零点，排除干扰电压导致的无效过零点；/n三相反电势六种区间状态。/n1：A相实际反电势小于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；/n2：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；/n3：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势小于0；/n4：A相实际反电势大于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；/n5：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；/n6：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势大于0；/n由于二极管续流导致端电压出现干扰脉冲，此时若按照步骤一的方法，会检测出三次过零点，前两次为干扰电压导致的过零点，无效；第三次为有效过零点；六种区间状态检测出6个有效过零点；/n步骤3：计算换相过程中，每个有效过零点前后的三角形面积：/n其中一个三角形为换相开始到反电势过零点这段时间内，端电压与二分之一母线电压围成，记为S...

【技术特征摘要】
1.一种高动态性的无刷直流电机内功角控制方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：非换相阶段的工况，理想反电势过零点为该相端电压与1/2母线电压的交点；
步骤2：从步骤1方法检测到的过零点中，筛选出有效过零点，排除干扰电压导致的无效过零点；
三相反电势六种区间状态。
1：A相实际反电势小于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；
2：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势大于0；
3：A相实际反电势大于0，B相实际反电势小于0，C相实际反电势小于0；
4：A相实际反电势大于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；
5：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势小于0；
6：A相实际反电势小于0，B相实际反电势大于0，C相实际反电势大于0；
由于二极管续流导致端电压出现干扰脉冲，此时若按照步骤一的方法，会检测出三次过零点，前两次为干扰电压导致的过零点，无效；第三次为有效过零点；六种区间状态检测出6个有效过零点；
步骤3：计算换相过程中，每个有效过零点前后的三角形面积：
其中一个三角形为换相开始到反电势过零点这段时间内，端电压与二分之一母线电压围成，记为S2y，y＝1～6；另一个三角形为反电势过零点到换相结束时间内，端电压与二分之一母线电压围成，记为S2y-1，y...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭博，郭兴媛，刘卫国，陈哲，王西坡，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61