一种基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法，包括：使转子定位在预想位置；在无刷直流电机加速过程中施加两组电压脉冲，相邻的一个电压脉冲令其作为加速矢量；将最大的直流电流与检测电流的差值对比，以此确定换相点；当电机启动完成之后，通过加上前馈环路解耦的方法提高控制系统的稳定性；速度外环采用SMC控制，将SMC与SVPWM控制系统相结合，增强系统稳定性，电流内环采用PR控制器，补偿后模型的电流无静差跟踪特性良好，并且能有效抑制低次谐波。本发明专利技术在实际电机控制中提高电机启动时刻转子位置的精度，并且有效降低交叉电动势对控制系统的干扰。降低交叉电动势对控制系统的干扰。降低交叉电动势对控制系统的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法


[0001]本专利技术属于无刷直流电机控制
，具体涉及一种基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法。

技术介绍

[0002]永磁无刷电机本体主要由定子、转子、位置传感器组成。定子上有多相绕组，转子为高性能永磁材料制成的永磁体。随着半导体与电力电子技术的发展，使用电子换相代替机械换相的无刷直流电机被专利技术出来。相比于传统直流电机，无刷直流电机避免了电刷、换向器带来的缺陷，同时兼具控制简单、转矩密度高、寿命长、维修方便、成本低等多种优点，目前广泛应用于精密仪器、家电、交通工具、医疗设备等众多领域。
[0003]目前，矢量控制技术是无刷直流电机控制的主要控制方式。通过控制逆变器输出电压的大小和频率，进而控制三相直流电机的控制方法称为电机的矢量控制。通过检测电机定子电流的大小，根据磁场定向控制这一控制算法，控制产生转矩的电流分量的大小从而控制电机的输出转矩，以及控制励磁电流的大小。励磁电流越大，电机气隙中的磁通越小电机转速输出范围越大。通过数学坐标变换的方法将三相坐标系转变成两相，从而达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机矢量控制方法包括以下步骤：S1，按照事先所设次序，向不同的两相绕组通入短时矢量电压脉冲，产生相对应的电流，转子在旋转磁场的作用下到达指定的初始位置，关断开关管，将电感中的能量消耗至0；重复执行前述导通关断操作使转子定位在预想位置；S2，确定转子初始位置后，按照设置的顺序依次通入矢量电压脉冲，并步进增大施加矢量电压，电机进入加速状态；在加速阶段再次施加两组电压脉冲，相邻的一个电压脉冲作为加速矢量，给定子绕组施加恒定时长的电压矢量，在施加电压开始和结束时刻检测电流值，并作差得到ΔI
ij
＝I
max
‑
I
ij
：I
max
为最大的响应电流，当I
max
与检测电流的差值ΔI
ij
小于所选择的换相阈值时，切换检测电压至下一相检测电压；S3，对电机三相定子电流进行坐标变换，将三相定子电流转换为电机励磁电流分量和转矩电流分量，并对两种电流分量单独控制；当i
d
＝0时，只检测转子位置，并对q轴电流分量进行控制，以控制电机转矩；S4，速度环采用滑模控制器，寻找切换面s，让系统的轨迹最终能达到切换面；选择u使系统从任意初始位置出发都能达到s＝0曲线上；S5，电流环采用PR控制器，将系统需要的外部信号转化为频域模型，通过在PR控制器中添加参考信号的频域模型，在基波频率处取得无穷大的增益；S6，采用滑模观测器观测电机转子位置以及转速，结合无刷直流电机电压方程设计电流观测器，通过低通滤波器滤除高次谐波，提取转子位置和速度；S7，电机启动完成之后，在控制阶段加上q轴和d轴的磁链以及交叉耦合电动势，设计增加解耦补偿的模型，转速外环为SMC控制，使速度最终稳定在期望值上，电流内环为PR控制，对系统性能进行限制。2.根据权利要求1所述的基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法，其特征在于，步骤S1中，使转子定位在预想位置的过程包括：根据开关管不同的导通状态，将空间电压矢量设为U1、U2、U3、U4、U5、U6，取值为1时表示上桥臂导通，下桥臂关断，取值为0时表示上桥臂关断，下桥臂导通；按照事先所设次序向不同的两相绕组通入占空比一定的短时矢量电压脉冲，产生相对应的电流为I1～I6，然后关断六个开关管，将电感中的能量消耗至0，保证每次施加电压脉冲的情况相同；通入相差180
°
电角度的短时脉冲电压矢量，将转子位置精确至
±
90
°
范围内；再次比较电流大小，继续向较大电流相相邻两端通入短时脉冲电压矢量，将转子位置精确到
±
30
°
范围内。3.根据权利要求1所述的基于前馈环路解耦的无刷直流电机矢量控制方法，其特征在于，步骤S3中，控制电机转矩的过程包括以下步骤：选用星形连接作为无刷直流电机电枢绕组的连接方式，假设电机与逆变器均处于理想状态，三相静止坐标系下的三相电压平衡方程为：
式中：u
A
、u
B
、u
C
为A、B、C相电压；R
a
、R
b
、R
c
为A、B、C电阻；i
a
、i
b
、i
c
为A、B、C相电流；e
a
、e
b
、e
c
为反电动势；L
a
、L
b
、L
c
为绕组自感；M为绕组互感；P为微分算子d/dt；三相静止坐标系下的磁链方程为：式中：ψ
A
、ψ
B
、ψ
C
为定子三相绕组各相磁链瞬时值；ψ
fA
、ψ
fB
、ψ
fC
为转子永磁磁链；ψ
f
为定子电枢绕组最大可能匝链的转子永磁磁链；θ为转子永磁体磁极轴线与定子绕组轴线夹角；通过Clark变换和Park变换，将三相静止坐标系下的方程转变为静止两相α
‑
β坐标系下的方程，两相静止坐标系下的电压方程为：式中：p为微分算子；ω为转子角速度；u
d
、u
q
为直轴和交轴电压；ψ
d
、ψ
q
为d轴和q轴磁链，R为定子电阻；i
d
、i
q
为直轴和交轴电流；两相静止坐标系下的磁链方程为：式中：L
d
、L
q
为直轴和交轴电感；两相静止坐标系下的转矩方程为：式中：T
e
为转矩；p
n
为极对数；推得电压方程为：从而得到交叉耦合电动势为：式中：u
’
d
、u
’
q
为直轴和交轴交叉耦合电动势。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张徐凯，王林，於锋，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：