一种永磁无刷直流电机换相转矩波动抑制方法技术

本发明专利技术属于电机控制技术领域，涉及一种永磁无刷直流电机换相转矩波动抑制方法，包括下列步骤：检测到霍尔信号的上升沿或下降沿，换相开始，执行该换相转矩波动抑制方法；获取当前时刻非换相电流采样值和电机运行速度；根据电机运行速度和换相模式，分别计算下一时刻三相绕组相反电势；分别获得下一时刻的不同逆变电路导通状态下三相绕组端点对功率地电压；分别预测不同逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻的预测值；利用价值函数对不同逆变电路导通状态下非换相电流预测值进行评估；选择使价值函数最小的逆变电路导通状态作为下一时刻的逆变电路导通状态，产生相应的逆变电路控制信号；检测到相应关断相电流降低至零，换相过程结束，停止该换相转矩波动抑制方法。本发明专利技术能够准确的确定换相过程，保证在换相瞬间能够较好地实施对逆变电路导通状态的控制，实现换相转矩波动抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出，属于电机控制
，尤其涉及到永磁无刷直流电机控制

技术介绍
永磁无刷直流电机采用电子换相，消除了换向器和电刷组成的机械接触装置，因而维护费用低、寿命长；通过转子永磁体获得励磁，不需要励磁电流，没有励磁损耗，效率更高；具有较小的转动惯量，在给定的电磁转矩下具有较快的响应，转矩惯性比较高；转子损耗可忽略，具有较高的运行效率，避免了转子散热问题；体积较小，结构紧凑，可应用在空间受限制场合；重量轻、功率密度较高。永磁无刷直流电机的上述优良特性使其成为新型电机的一个重要发展方向，在航空航天、机器人、汽车电子、工业生产、家用电器和办公自动化等领域得到了较好的应用。因此，永磁无刷直流电机作为新型节能电机具有广阔的市场前景。由于永磁无刷直流电机采用两两导通模式运行，运行过程中每隔1/6周期出现的换相转矩波动是永磁无刷直流电机中存在的主要问题。换相转矩波动最高可达额定转矩的 50 %，其制约了永磁无刷直流电机在高性能领域中的应用。在以往文献研究中，换相过程中电流控制策略大部分基于PWM调制策略，并且当前的换相转矩波动抑制策略大多将电机高、低速运行状态分开考虑，增加了系统和控制策略的复杂性，因而在实际应用中，有必要寻求一种能够在整个速度范围内有效抑制换相转矩波动的统一方法，提高永磁无刷直流电机运行性能，扩大其应用领域。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种能够在整个电机调速范围内有效地抑制换相转矩波动，提高永磁无刷直流电机运行性能的换相转矩波动抑制方法。本专利技术在换相过程中通过切换不同逆变电路导通状态，改善换相过程中关断相电流和开通相电流，抑制换相转矩波动。该方法不需要额外的硬件电路；不需要改变直流母线电压；不需要计算PWM占空比；不需要了解每种逆变电路导通状态的具体导通时间；不需要区别考虑电机的高、低速运行状态，而是采用了统一的控制策略。本专利技术的技术方案如下，该方法以霍尔信号的上升沿或下降沿为换相过程的开始时刻，以相应关断相电流降低至零为换相过程的结束时刻，包括下列步骤(1)检测到霍尔信号的上升沿或下降沿，换相开始，执行下面的换相转矩波动抑制算法；(2)获取当前时刻(第k时刻)的非换相电流采样值和电机运行速度；(3)根据电机运行速度和换相模式，分别计算下一时刻(第k+Ι时刻)三相绕组相反电势；(4)分别计算当前换相模式中不同逆变电路导通状态在下一时刻(第k+Ι时刻)的三相绕组端点对功率地电压；(5)根据下一时刻(第k+Ι时刻)的三相绕组端点对功率地电压、三相绕组相反电势及当前时刻(第k时刻)的非换相电流采样值，计算其中一种逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值；(6)利用价值函数g = I i*(k+l)-|i t(k+l) I I对该逆变电路导通状态下非换相电流预测值进行评估，式中，Γ为电流给定参考值；in。n-。mt为换相过程中非换相电流预测值； k+Ι为第k+Ι时刻；(7)重复执行( 至(6)，直到计算出当前换相模式中所有逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值，选择使价值函数最小的逆变电路导通状态作为下一时刻(第k+Ι时刻)的逆变电路导通状态，产生下一时刻(第k+Ι时刻)相应的逆变电路控制信号；(8)重复执行( 至(7)，直到检测到相应关断相电流降低至零，换相过程结束，停止上述换相转矩波动抑制算法。上述步骤(5)中，可以利用下面的非换相电流预测模型计算每种逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值C相为非换相状态时的非换相电流预测模型为权利要求1.，用于以两两导通换相方式运行的三相全桥式永磁无刷直流电机上，该方法以霍尔信号的上升沿或下降沿为换相过程的开始时刻，以相应关断相电流降低至零为换相过程的结束时刻，其特征在于，包括下列步骤(1)换相开始，执行下面的换相转矩波动抑制算法；(2)获取当前时刻(第k时刻)的非换相电流采样值和电机运行速度；(3)根据电机运行速度和当前换相模式，计算下一时刻(第k+Ι时刻)三相绕组相反电势；(4)分别获得当前换相模式中不同逆变电路导通状态在下一时刻(第k+Ι时刻)的三相绕组端点对功率地电压；(5)根据下一时刻(第k+Ι时刻)的三相绕组端点对功率地电压、三相绕组相反电势及当前时刻(第k时刻)的非换相电流采样值，计算其中一种逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值；(6)利用价值函数g=i*(k+l)-|i t(k+l) I I对该逆变电路导通状态下非换相电流预测值进行评估，式中，Γ为电流给定参考值；in 为换相过程中非换相电流预测值；k+1 为第k+Ι时刻；(7)重复执行( 至(6)，直到计算出当前换相模式中所有逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值，选择使价值函数最小的逆变电路导通状态作为下一时刻(第k+Ι时刻)的逆变电路导通状态，产生下一时刻(第k+Ι时刻)相应的逆变电路控制信号；(8)重复执行( 至(7)，直到换相过程结束，停止上述换相转矩波动抑制算法。2.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机换相转矩波动抑制方法，其特征在于，步骤(5)中，利用下面的非换相电流预测模型计算每种逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻(第k+Ι时刻)的预测值C相为非换相状态时的非换相电流预测模型为■(k(k , D _ (k + \) + Ub(i{k + \)-Iucii(k +1))7； , (ea{k + \) + eb{k + \)~Iec(k +1))7； , 3LJc(k):non3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSSB相为非换相状态时的非换相电流预测模型为■(k + l)=i(k + l)= (ua0(k + l)+uc0(k + l)-2ub0(k + l))Ts t {ea{k + \) + ec{k + \)-2eb{k + \))Ts ^ 3LJb(k)."""3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSSA相为非换相状态时的非换相电流预测模型为/ (k ι (/: ι 1)- M + l) + uc^ + \)-2ua(i{k + Ws ^ {eb{k + \) + ec{k + \)-2ea{k + Ws , 3 ^)"""3RT +3L3RT +3L3RT +3LSSSSSS式中，ia、ib、i。分别为三相绕组相电流；UfUbpUd分别为三相绕组端点对功率地电压； ea、eb、e。分别为三相绕组相反电势；TS为采样时间；R为绕组相电阻；LS为绕组等效相电感； k为第k时亥Ij ；k+Ι为第k+Ι时刻。全文摘要本专利技术属于电机控制
，涉及，包括下列步骤检测到霍尔信号的上升沿或下降沿，换相开始，执行该换相转矩波动抑制方法；获取当前时刻非换相电流采样值和电机运行速度；根据电机运行速度和换相模式，分别计算下一时刻三相绕组相反电势；分别获得下一时刻的不同逆变电路导通状态下三相绕组端点对功率地电压；分别预测不同逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻的预测值；利用价值函数对不同逆变电路导通状态下非换相电流预测值进行评估；选择使价值函数最小的逆变电路导通状态作为下一时刻的逆变电路导通状态，产本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种永磁无刷直流电机换相转矩波动抑制方法，用于以两两导通换相方式运行的三相全桥式永磁无刷直流电机上，该方法以霍尔信号的上升沿或下降沿为换相过程的开始时刻，以相应关断相电流降低至零为换相过程的结束时刻，其特征在于，包括下列步骤：（１）换相开始，执行下面的换相转矩波动抑制算法；（２）获取当前时刻（第ｋ时刻）的非换相电流采样值和电机运行速度；（３）根据电机运行速度和当前换相模式，计算下一时刻（第ｋ＋１时刻）三相绕组相反电势；（４）分别获得当前换相模式中不同逆变电路导通状态在下一时刻（第ｋ＋１时刻）的三相绕组端点对功率地电压；（５）根据下一时刻（第ｋ＋１时刻）的三相绕组端点对功率地电压、三相绕组相反电势及当前时刻（第ｋ时刻）的非换相电流采样值，计算其中一种逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻（第ｋ＋１时刻）的预测值；（６）利用价值函数ｇ＝｜ｉ＊（ｋ＋１）－｜ｉｎｏｎ－ｃｍｔ（ｋ＋１）｜｜对该逆变电路导通状态下非换相电流预测值进行评估，式中，ｉ＊为电流给定参考值；ｉｎｏｎ－ｃｍｔ为换相过程中非换相电流预测值；ｋ＋１为第ｋ＋１时刻；（７）重复执行（５）至（６），直到计算出当前换相模式中所有逆变电路导通状态下非换相电流在下一时刻（第ｋ＋１时刻）的预测值，选择使价值函数最小的逆变电路导通状态作为下一时刻（第ｋ＋１时刻）的逆变电路导通状态，产生下一时刻（第ｋ＋１时刻）相应的逆变电路控制信号；（８）重复执行（２）至（７），直到换相过程结束，停止上述换相转矩波动抑制算法。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，王迎发，史婷娜，陈炜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12