基于霍尔旋转矢量QPLL的BLDCM电流分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于霍尔旋转矢量QPLL的BLDCM电流分配方法。将BLDCM的期望转速ω

【技术实现步骤摘要】
基于霍尔旋转矢量QPLL的BLDCM电流分配方法


[0001]本专利技术属于无刷直流电机
，特别涉及一种基于霍尔旋转矢量正交锁相环的无刷直流电机电流分配控制方法。

技术介绍

[0002]无刷直流电动机(BLDCM)作为一种重要的驱动电机，具有效率高、成本低、结构可靠、使用寿命长、噪声低等特点，这些优点使BLDCM广泛应用于工业驾驶、家用电器和电动汽车。为了追求更好的控制性能，降低设备的成本，提高BLDCM的可靠性，目前关于BLDCM的研究主要集中在对转矩波动抑制的研究、无位置传感器控制技术和电机优化的研究上。其中，转矩波动是阻碍BLDCM在高要求工作环境中广泛应用的重要因素，也是BLDCM控制中的一大难点。转矩波动相对较大的原因主要有以下两点：一是BLDCM设计中存在缺陷，不可避免的会发生齿槽效应等现象；二是逆变器换相的延迟，使得理想的矩形波电流无法获得。
[0003]除了关于电机设计上的优化，国内外许多专家学者在近几年里提出了许多策略，以减少换相转矩波动。依据是否改变逆变器直流母线电压，换相转矩波动减少的策略可分为两种类型。第一种类型是在不改变逆变器直流母线电压的条件下，使用不同脉冲宽度调制(PWM)的方法或计算换相时间的方法，以达到减少换相转矩波动的目的。现有的PWM方法包括UP
‑
PWM
‑
DOWON
‑
ON、UP
‑
ON
‑
DOWN
‑
PWM
‑
PWM、PWM
‑
ON、ON
‑
PWM、PWM
‑
ON
‑
PWM，实验结果发现PWM
‑
ON
‑
PWM方法是其中减少换相转矩波动的最好方法。但是，PWM
‑
ON
‑
PWM方法对换相转矩波动的良好抑制效果仅体现在低速段，在高速段对换相转矩波动的抑制能力仍有限。第二种类型主要是通过直接调节BLDCM中逆变器直流母线电压的技术，来实现对换相转矩波动的抑制，但是可能会大大提高控制成本和计算复杂度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，基于霍尔旋转矢量(HRV)正交锁相环(QPLL)理论，提出一种新型的无刷直流电机(BLDCM)电流分配控制方法。
[0005]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]首先，通过BLDCM数学模型推导出期望的相电流i
d
和电磁力矩T
e
的大小。计算过程见下面五条公式。BLDCM电压方程为：
[0007]u
xg
＝Ri
x
+L(di
x
/dt)+e
x
+u
ng
(x＝A,B,C)(1)
[0008]式中，u
xg
、u
ng
、e
x
和i
x
分别为相电压、中性点电压、相反电动势和相电流。BLDCM总电磁功率计算公式为：
[0009]P
e
＝e
A
i
A
+e
B
i
B
+e
C
i
C
(2)
[0010]从附图4可得总的瞬时功率为：
[0011]P
e
＝2e
x
i
x
(x＝A,B,C)(3)
[0012]电磁转矩计算公式为：
[0013][0014]式中，ω
m
为机械角速度，为反电动势常数，进而可得期望的相电流公式：
[0015][0016]本专利技术的电路分配方法，依据期望的相电流i
d
，在0
°
～360
°
区间内A相的期望电流i
Ad
可以按照下面的公式分配为8部分。
[0017][0018]式中，θ和θ
ov
分别为转子位置和电流重叠角。与i
Ad
相比，B相和C相的期望电流延迟相角分别为120
°
和240
°
。相应地，可以得到对应的B相期望电流i
Bd
和C相期望电流i
Cd
。
[0019]依据本专利技术的电流分配方法(CSD)，将期望的相电流在一个电周期内分为八个线性部分，且在换相间隔之间，通过分段分配的方式，输入相电流和输出相电流转换速率的绝对值被设为相等，这大大降低了BLDCM的换相转矩波动。同时，电流重叠角θ
ov
为减少转矩波动提供了一定的控制自由度，它可根据BLDCM的速度和负载扭矩来决定。但在实现CSD时，就需要获得连续的转子位置来设置合理的电流重叠角θ
ov
。
[0020]本专利技术中，将无刷直流电机(BLDCM)的期望转速ω
d
与转子的机械角速度ω
m
作差后，通过PID转速控制器，输出期望的电磁转矩T
ed
；所述期望的电磁转矩T
ed
结合转子位置θ，通过电流分配方法(CSD)得出A、B、C相的期望相电流i
Ad
、i
Bd
、i
Cd
；所述期望相电流i
Ad
、i
Bd
、i
Cd
和BLDCM中实际输出的相电流i
A
、i
B
一起通过PID电流调节器，得到逆变器开关信号S
A
、S
B
、S
C
；所述逆变器开关信号S
A
、S
B
、S
C
通过脉冲宽度调制(PWM)控制着逆变器的开启、关闭，进而控制BLDCM的运转。其中，带谐波解耦的霍尔旋转矢量(HRV)正交锁相环(QPLL)作为系统结构的反馈电路，通过BLDCM中三个霍尔位置信号，用以获得转子位置θ，再将转子位置θ反馈给CSD；将转子的机械角速度ω
m
反馈给期望转速ω
d
。
[0021]本专利技术的优点在于：CSD的实现虽然需要连续转子位置的信息，但是利用一种带有谐波解耦的霍尔旋转矢量正交锁相环方法，仅从三个霍尔位置信号中就可以获得连续精确的转子位置，再通过选择电流重叠角θ
ov
，以此将BLDCM的换相转矩波动降低到一个很低的
值。
附图说明
[0022]图1为本专利技术BLDCM电流分配控制结构图；
[0023]图2为本专利技术带有谐波解耦的HRV
‑
QPLL结构图；
[0024]图3为本专利技术CSD的电流分配原理图；
[0025]图4为理想相电流和相反电动势；
[0026]图5为逆变器和BLD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于霍尔旋转矢量QPLL的BLDCM电流分配方法，其特征在于：将无刷直流电机(BLDCM)的期望转速ω
d
，与带谐波解耦的霍尔旋转矢量正交锁相环(QPLL)反馈的转子的机械角速度ω
m
作差后，通过PID转速控制器，输出期望的电磁转矩T
ed
；所述期望的电磁转矩T
ed
结合带谐波解耦的霍尔旋转矢量正交锁相环(QPLL)反馈的转子位置θ，通过电流分配方法(CSD)得出A、B、C相的期望相电流i
Ad
、i
Bd
、i
Cd
；所述期望相电流i
Ad
、i
Bd
、i
Cd
和BLDCM中实际输出的相电流i
A
、i
B
一起通过PID电流调节器，得到逆变器开关信号S
A
、S
B
、S
C
；所述逆变器开关信号S
A
、S
B
、S
C
通过脉冲宽度调制(PWM)控制着逆变器的开启、关闭，进而控制BLDCM的运转；所述带谐波解耦的霍尔旋转矢量正交锁相环(QPLL)作为系统结构的反馈电路，通过BLDCM中的三个霍尔位置信号，用以获得转子位置θ，再将转子位置θ反馈给CSD，将转子的机械角速度ω
m
反馈给期望转速ω
d
。2.根据权利要求1所述的基于霍尔旋转矢量QPLL的BLDCM电流分配方法，其特征在于：所述电流分配方法(CSD)依据期望的相电流i
d
，在0
°
～360
°
区间内A相的期望电流i
Ad
如下分配为八个部分：其中，θ和θ
ov
分别为转子位置和电流重叠角；与A相的期望电流i
Ad
相比，B相和C相的期望电流延迟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家军，郑益衡，辛壮壮，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：