一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统。本发明专利技术包括：控制器、电压源模块、三相逆变器、解码器、门信号模块、霍尔元器件、转子位置传感器、霍尔电流传感器、高速无刷直流电机。本发明专利技术根据系统滑模面状态构建新型趋近律模型；设定一定倍数的电机额定转矩为负载转矩最大值；构建转速传统化滑模变结构控制器输出模型计算电机稳定运行时绕组相电流；所述控制器根据电机稳定运行时绕组相电流、实际相电流，经PI算法得直流母线电压参考值，结合三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压至所述高速无刷直流电机以驱动其运转。本发明专利技术转速调节快速、平滑、超调小、无静态误差、鲁棒性强、自适应性好，解决了控制过程中的抖振现象。

A control system of high speed BLDCM Based on a new approach law

【技术实现步骤摘要】
一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统
本专利技术属于高速无刷直流电机的调速控制领域，尤其涉及一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统。
技术介绍
滑模变结构控制因其对外部扰动有较好鲁棒效果而在高速无刷直流电机中得到广泛应用。趋近律是滑模变结构控制重要组成部分，用于调节滑模运动阶段的动态特性；而等价控制率则用来控制系统进入滑模面后的运动阶段，使系统状态轨迹沿滑模面向稳定点运动。由于在趋近律中使用了切换函数，使得滑模控制本质上具有不连续性和控制效果的抖振现象，从而影响高速无刷直流电机的控制效果，因此迫切需要设计出更加合理的趋近律可以削弱或消除控制的抖振现象。另外，高速无刷直流电机转速变结构控制器的输出表达式中含有一个需要确定的变量负载转矩TL，该物理量取决于外部负载，一般通过负载转矩观测器确定。但是采用负载转矩观测器的方式使得系统更负载，不利于高速无刷直流电机的控制。因此，设计一种实用的负载转矩上限确定方法可以避免设计负载转矩观测器，从而简化控制器的设计。基于前述，现有的趋近率设计和高速无刷直流电机速度控制技术有待改进，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统，可以解决滑模变结构控制过程中的抖振问题。所述基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统包括一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制装置，包括：控制器、电压源模块、三相逆变器、解码器、门信号模块、霍尔元器件、转子位置传感器、霍尔电流传感器、高速无刷直流电机；>所述高速无刷直流电机分别与所述的转子位置传感器、霍尔电流传感器依次通过有线方式连接；所述转子位置传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述霍尔电流传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述控制器与所述电压源模块通过有线方式连接；所述电压源模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；所述三相逆变器与所述高速无刷直流电机通过有线方式连接；所述高速无刷直流电机与所述所述霍尔元器件通过有线方式连接；所述霍尔元器件与所述解码器通过有线方式连接；所述解码器与所述门信号模块通过有线方式连接；所述门信号模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；作为优选，所述转子位置传感器用于采集高速无刷直流电机实际转速，将高速无刷直流电机实际转速传输至所述控制器；作为优选，所述霍尔电流传感器用于采集高速无刷直流电机实际相电流，将高速无刷直流电机实际相电流传输至所述控制器；作为优选，所述控制器根据高速无刷直流电机期望转速、高速无刷直流电机实际转速，结合高速无刷直流电机的转速变结构控制器输出模型得到电机稳定运行时绕组相电流，进一步结合高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源，向所述三相逆变器提供直流母线电源。作为优选，所述霍尔元器件用于产生三相绕组的霍尔效应信号传输至所述解码器；作为优选，所述解码器结合三相绕组的霍尔效应信号，以产生三相绕组的电角度信号传输至所述门信号模块；作为优选，所述门信号模块结合三相绕组的电角度信号，以产生三相绕组所需的控制脉冲传输至所述三相逆变器；作为优选，所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转；作为优选，所述高速无刷直流电机结合三相有效电压将电能转化成机械能，以实现电机运转。本专利技术系统还包括一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制方法：步骤1：根据系统滑模面状态构建新型趋近律模型；步骤2：将负载转矩的最大值设定为一定倍数的电机额定转矩；步骤3：根据高速无刷直流电机期望转速与高速无刷直流电机实际转速的转速误差、系统滑模面状态构建系统滑模面状态与实际转速的关系模型，根据系统滑模面状态与实际转速的关系模型、新型趋近律模型构建系统滑模面状态与实际转速的关系改进模型，结合高速无刷直流电机的机械运动模型构建高速无刷直流电机的转速传统化滑模变结构控制器输出模型，以计算电机稳定运行时绕组相电流；步骤4：所述控制器根据电机稳定运行时绕组相电流、高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源至所述三相逆变器，所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转。作为优选，步骤1所述新型趋近律模型为：式中，s为系统滑模面状态，s表示为随时间变化的函数，即s＝f(t)，t为时间，k1为比例系数，k2为积分系数，∫*为积分函数。作为优选，步骤2所述负载转矩为TL；所述一定倍数为KT倍，KT为过载系数，KT∈[1.6,2.5]。作为优选，步骤3所述高速无刷直流电机期望转速与实际转速的转速误差为e，即e＝ω*-ω式中，ω*表示期望转速，单位为(r/min)，且ω*为给定值，ω为通过所述转子位置传感器采集的高速无刷直流电机实际转速，其随时间变化，单位为(r/min)，所述时间为t；步骤3所述构建系统滑模面状态与实际转速的关系模型为：对e＝ω*-ω取时间的导数可得式中，e为高速无刷直流电机期望转速与高速无刷直流电机实际转速的转速误差，单位为(r/min)，ω为通过所述转子位置传感器采集的高速无刷直流电机实际转速，其随时间变化，单位为(r/min)；取系统滑模面状态即s为高速无刷直流电机期望转速与实际转速的转速误差e，即s＝e，则对其求时间的导数可得式中，s表示系统滑模面状态，s表示为随时间t变化的函数，即s＝f(t)。e为高速无刷直流电机期望转速与实际转速的转速误差，单位为(r/min)；即可得步骤3所述系统滑模面状态与实际转速的关系模型为：式中，s表示系统滑模面状态，s表示为随时间t变化的函数，即s＝f(t),ω为通过所述转子位置传感器采集的高速无刷直流电机实际转速，其随时间t变化，单位为(r/min)；步骤3所述构建系统滑模面状态与实际转速的关系改进模型为：当高速无刷直流电机运行在滑动面s时，为确保高速无刷直流电机能够快速进入滑模面运行，需选用步骤1的新型趋近率模型来保证高速无刷直流电机的动态响应特性。结合系统滑模面状态与实际转速的关系模型、步骤1所述新型趋近率模型整理可得，步骤3所述系统滑模面状态与实际转速的关系改进模型为：式中，s表示系统的滑模面，s表示为随时间t变化的函数，即s＝f(t)；ω为通过所述转子位置传感器采集的高速无刷直流电机实际转速，其随时间t变化，单位为(r/min)；k1＞0为比例系数；k2＞0积分系数；∫*为积分函数；步骤3所述结合高速无刷直流电机的机械运动模型构建高速无刷直流电机的转速传统化滑模变结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统，其特征在于，包括：/n一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制装置，包括：控制器、电压源模块、三相逆变器、解码器、门信号模块、霍尔元器件、转子位置传感器、霍尔电流传感器、高速无刷直流电机；/n所述高速无刷直流电机分别与所述的转子位置传感器、霍尔电流传感器依次通过有线方式连接；所述转子位置传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述霍尔电流传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述控制器与所述电压源模块通过有线方式连接；所述电压源模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；所述三相逆变器与所述高速无刷直流电机通过有线方式连接；所述高速无刷直流电机与所述所述霍尔元器件通过有线方式连接；所述霍尔元器件与所述解码器通过有线方式连接；所述解码器与所述门信号模块通过有线方式连接；所述门信号模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；/n所述转子位置传感器用于采集高速无刷直流电机实际转速，将高速无刷直流电机实际转速传输至所述控制器；/n所述霍尔电流传感器用于采集高速无刷直流电机实际相电流，将高速无刷直流电机实际相电流传输至所述控制器；/n所述控制器根据高速无刷直流电机期望转速、高速无刷直流电机实际转速，结合高速无刷直流电机的转速变结构控制器输出模型得到电机稳定运行时绕组相电流，进一步结合高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源，向所述三相逆变器提供直流母线电源；/n所述霍尔元器件用于产生三相绕组的霍尔效应信号传输至所述解码器；/n所述解码器结合三相绕组的霍尔效应信号，以产生三相绕组的电角度信号传输至所述门信号模块；/n所述门信号模块结合三相绕组的电角度信号，以产生三相绕组所需的控制脉冲传输至所述三相逆变器；/n所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转；/n所述高速无刷直流电机结合三相有效电压将电能转化成机械能，以实现电机运转；/n一种根据所述基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制装置进行基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制方法，包括以下步骤：/n步骤1：根据系统滑模面状态构建新型趋近律模型；/n步骤2：将负载转矩的最大值设定为一定倍数的电机额定转矩；/n步骤3：根据高速无刷直流电机期望转速与高速无刷直流电机实际转速的转速误差、系统滑模面状态构建系统滑模面状态与实际转速的关系模型，根据系统滑模面状态与实际转速的关系模型、新型趋近律模型构建系统滑模面状态与实际转速的关系改进模型，结合高速无刷直流电机的机械运动模型构建高速无刷直流电机的转速传统化滑模变结构控制器输出模型，以计算电机稳定运行时绕组相电流；/n步骤4：所述控制器根据电机稳定运行时绕组相电流、高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源至所述三相逆变器，所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统，其特征在于，包括：
一种基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制装置，包括：控制器、电压源模块、三相逆变器、解码器、门信号模块、霍尔元器件、转子位置传感器、霍尔电流传感器、高速无刷直流电机；
所述高速无刷直流电机分别与所述的转子位置传感器、霍尔电流传感器依次通过有线方式连接；所述转子位置传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述霍尔电流传感器与所述控制器通过有线方式依次连接；所述控制器与所述电压源模块通过有线方式连接；所述电压源模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；所述三相逆变器与所述高速无刷直流电机通过有线方式连接；所述高速无刷直流电机与所述所述霍尔元器件通过有线方式连接；所述霍尔元器件与所述解码器通过有线方式连接；所述解码器与所述门信号模块通过有线方式连接；所述门信号模块与所述三相逆变器通过有线方式连接；
所述转子位置传感器用于采集高速无刷直流电机实际转速，将高速无刷直流电机实际转速传输至所述控制器；
所述霍尔电流传感器用于采集高速无刷直流电机实际相电流，将高速无刷直流电机实际相电流传输至所述控制器；
所述控制器根据高速无刷直流电机期望转速、高速无刷直流电机实际转速，结合高速无刷直流电机的转速变结构控制器输出模型得到电机稳定运行时绕组相电流，进一步结合高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源，向所述三相逆变器提供直流母线电源；
所述霍尔元器件用于产生三相绕组的霍尔效应信号传输至所述解码器；
所述解码器结合三相绕组的霍尔效应信号，以产生三相绕组的电角度信号传输至所述门信号模块；
所述门信号模块结合三相绕组的电角度信号，以产生三相绕组所需的控制脉冲传输至所述三相逆变器；
所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转；
所述高速无刷直流电机结合三相有效电压将电能转化成机械能，以实现电机运转；
一种根据所述基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制装置进行基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据系统滑模面状态构建新型趋近律模型；
步骤2：将负载转矩的最大值设定为一定倍数的电机额定转矩；
步骤3：根据高速无刷直流电机期望转速与高速无刷直流电机实际转速的转速误差、系统滑模面状态构建系统滑模面状态与实际转速的关系模型，根据系统滑模面状态与实际转速的关系模型、新型趋近律模型构建系统滑模面状态与实际转速的关系改进模型，结合高速无刷直流电机的机械运动模型构建高速无刷直流电机的转速传统化滑模变结构控制器输出模型，以计算电机稳定运行时绕组相电流；
步骤4：所述控制器根据电机稳定运行时绕组相电流、高速无刷直流电机实际相电流，通过PI控制算法得到直流母线电压参考值，根据直流母线电压参考值控制所述电压源模块输出直流母线电源至所述三相逆变器，所述三相逆变器通过直流母线电源，并根据三相绕组所需的控制脉冲输出三相有效电压，将三相有效电压传输至所述高速无刷直流电机，以控制所述高速无刷直流电机运转。


2.根据权利要求1所述的基于新型趋近律的高速无刷直流电机控制系统，其特征在于：
步骤1所述新型趋近律模型为：



式中，s为系统滑模面状态，s表示为随时间变化的函数，即s＝f(t)，t为时间，k1为比例系数，k2为积分系数，∫*为积分函数。


3.根据权利要求1所述的基于新型趋近律的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马强，王硕，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42