四开关三相逆变器供电的无刷直流电机调速方法，属于直流电机调速领域。它解决了现有无刷直流电机控制中滞环调制的开关频率不固定的问题。它基于速度环PI调节器、速度计算单元、电流形状函数单元、给定电流坐标变换单元、α轴电流PI调节器、β轴电流PI调节器、磁链跟踪PWM单元、反馈电流坐标变换单元、四开关三相逆变器、电流传感器和霍尔磁极传感器实现，采用转速和电流双闭环控制，外环为转速环，转速环输出作为电流值给定，与电流形状函数单元分别相乘实现三相120°对称方波电流的给定，借助坐标变换在两相静止坐标系下构建电流闭环，再通过磁链跟踪PWM单元实现对四开关三相逆变器的控制。本发明专利技术用于无刷直流电机的调速控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于直流电机调速领域。
技术介绍
永磁无刷直流电机由于结构简单、调速性能好、功率密度大及运行可靠等显著优 点，在伺服控制、机器人和航天航空等领域得到了日益广泛的应用。为了降低成本，四开关 三相逆变器被应用于电机驱动系统中。四开关三相逆变器采用两串联电容代替六开关逆变 器的一个功率管桥臂，节省了功率器件，降低了成本。同时，在六开关逆变器某一桥臂的功 率管发生故障时，可以采取一定措施构建所述四开关三相逆变器继续运行，这使得电机驱 动系统具有容错性。 中国专利《基于四开关逆变桥的电机单电流传感器控制方法及装置》，公开号为 CN101453182A，公开日为2009年6月10日，公开了一种基于四开关逆变桥的无刷直流电机 单电流传感器的直接电流控制方法。它将单个电流传感器连接在两串联电容中点与电机绕 组之间，通过采用电流和转速双闭环的控制方式，产生无刷直流电机所需的方波电流波形。 同时提出了四开关三相无刷直流电机的直接电流控制方法和无电流传感器的四开关三相 无刷直流驱动控制策略。 现有四开关三相无刷直流电机的控制策略都是基于对相电流的独立检测和独立 控制思想，采用滞环控制直接产生驱动无刷直流电机所需的相电流波形，存在开关频率不 固定、转矩波动大等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，它解 决了现有无刷直流电机控制中滞环调制的开关频率不固定的问题。 本专利技术基于速度环PI调节器、速度计算单元、电流形状函数单元、给定电流坐标 变换单元、a轴电流PI调节器、13轴电流PI调节器、磁链跟踪P丽单元、反馈电流坐标变 换单元、四开关三相逆变器、电流传感器和霍尔磁极传感器实现， 首先霍尔磁极传感器将检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号分别传递 给速度计算单元和电流形状函数单元；电流传感器将检测到的所述无刷直流电机的绕组电 流传递给反馈电流坐标变换单元； 然后速度计算单元根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号计算得到 无刷直流电机的转速"，将电机的转速o与给定电机的转速oM乍差后经速度环PI调节 器输出的电流值作为电流内环的电流给定值r; 同时电流形状函数单元根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号产生三相120°方波电流形状，将所述三相120°方波电流形状与所述电流给定值r相乘，得到三相坐标系下的电流给定值ia*、ib*和i二三相坐标系下的电流给定值ia*、ib*和i/经给定3电流坐标变换单元转换为两相静止坐标系下的电流给定值i/和i/ ; 同时反馈电流坐标变换单元将检测到的所述无刷直流电机的绕组电流转换后，得 到两相静止坐标系下的无刷直流电机的电流值i。和ie，将所述电流值i。与所述电流给定 值i/作差后经过a轴电流PI调节器调节后，得到磁链跟踪P丽单元的给定电压值u/， 将所述电流值ie与所述电流给定值i/作差后经过P轴电流PI调节器调节后，得到磁链 跟踪P丽单元的给定电压值u/，磁链跟踪P丽单元根据给定电压值u/和u/，采用七段式 空间矢量P丽调制方法实现对四开关三相逆变器中功率开关管的导通与闭合的控制，进而 实现对所述无刷直流电机的调速。 本专利技术的优点是本专利技术采用转速和电流双闭环控制，外环为转速环，转速环输出 作为电流幅值给定，与电流形状函数分别相乘实现三相120°对称方波电流的给定，借助坐 标变换在两相静止坐标系下构建电流闭环，再采用低开关频率的"七段式"磁链跟踪型四开 关P丽调制策略实现对四开关三相逆变器的控制，从而克服了现有技术中滞环调制的开关频率不固定问题，实现了四开关三相无刷直流电机的稳定可靠控制，为无刷直流电机的低 成本和容错驱动系统提供了解决方案。附图说明 图l为本专利技术调制方法的信号走向示意图；图2为无刷直流电机的反电势、绕组电 流及三个霍尔传感输出的信号的对应关系图；图3为四开关三相逆变器拓扑结构及其与无 刷直流电机的连接示意图；图4为四开关三相逆变器的空间电压矢量分布图；图5至图12 中T表示周期，Tb为无刷直流电机的b相导通时间，T。为无刷直流电机的c相导通时间，Tx 和Ty分别为相邻的两个基本电压矢量合成作用时间，T。为采用在相同时间内施加两个相反 方向的电压矢量来等效零矢量的作用时间，其中图5为与图4中第I扇区对应的"七段式" 磁链跟踪型四开关P丽调制波形合成矢量的作用时间图；图6为与图5对应的矢量合成结 果图；图7为与图4中第II扇区对应的"七段式"磁链跟踪型四开关P丽调制波形合成矢 量的作用时间图；图8为与图7对应的矢量合成结果图；图9为与图4中第III扇区对应 的"七段式"磁链跟踪型四开关P丽调制波形合成矢量的作用时间图；图10为与图9对应 的矢量合成结果图；图11为与图4中第IV扇区对应的"七段式"磁链跟踪型四开关P丽调 制波形合成矢量的作用时间图；图12为与图11对应的矢量合成结果图；图13为本专利技术的 "七段式"磁链跟踪P丽单元通过DSP由软件程序实现的流程图。具体实施例方式具体实施方式一 下面结合图1-图13说明本实施方式，本实施方式基于速度环 PI调节器1、速度计算单元2、电流形状函数单元3、给定电流坐标变换单元4、 a轴电流PI 调节器5、 13轴电流PI调节器6、磁链跟踪P丽单元7、反馈电流坐标变换单元8、四开关三 相逆变器9、电流传感器10和霍尔磁极传感器11实现， 首先霍尔磁极传感器11将检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号分别传 递给速度计算单元2和电流形状函数单元3 ;电流传感器10将检测到的所述无刷直流电机 的绕组电流传递给反馈电流坐标变换单元8 ; 然后速度计算单元2根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号计算得到无刷直流电机的转速"，将电机的转速co与给定电机的转速"M乍差后经速度环PI调 节器1输出的电流值作为电流内环的电流给定值r; 同时电流形状函数单元3根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号产 生三相120°方波电流形状，将所述三相120°方波电流形状与所述电流给定值r相乘，得 到三相坐标系下的电流给定值ia*、ib*和i二三相坐标系下的电流给定值ia*、ib*和i/经给 定电流坐标变换单元4转换为两相静止坐标系下的电流给定值i/和i/ ; 同时反馈电流坐标变换单元8将检测到的所述无刷直流电机的绕组电流转换后， 得到两相静止坐标系下的无刷直流电机的电流值i。和ie，将所述电流值i。与所述电流给 定值i/作差后经过a轴电流PI调节器5调节后，得到磁链跟踪P丽单元7的给定电压值 u/，将所述电流值ie与所述电流给定值i/作差后经过13轴电流PI调节器6调节后，得 到磁链跟踪P丽单元7的给定电压值u/，磁链跟踪P丽单元7根据给定电压值u /和u/， 采用七段式空间矢量P丽调制方法实现对四开关三相逆变器9中功率开关管的导通与闭合 的控制，进而实现对所述无刷直流电机的调速；所述霍尔磁极传感器11为三个，由三个霍 尔磁极传感器11输出的信号得到所述无刷直流电机的转子角速度；所述电流传感器10为 两个，用来测量所述无刷直流电机的两相的电流，无刷直流电机的第三相电流由两个电流 传感器10测得的电流相加取反得到。 工作原理本专利技术方法的实现采用了对无刷直流电机转速环和电流环双闭环结构 的控制，外环为转速环，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四开关三相逆变器供电的无刷直流电机调速方法，它基于速度环ＰＩ调节器（１）、速度计算单元（２）、电流形状函数单元（３）、给定电流坐标变换单元（４）、α轴电流ＰＩ调节器（５）、β轴电流ＰＩ调节器（６）、磁链跟踪ＰＷＭ单元（７）、反馈电流坐标变换单元（８）、四开关三相逆变器（９）、电流传感器（１０）和霍尔磁极传感器（１１）实现，其特征在于：首先霍尔磁极传感器（１１）将检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号分别传递给速度计算单元（２）和电流形状函数单元（３）；电流传感器（１０）将检测到的所述无刷直流电机的绕组电流传递给反馈电流坐标变换单元（８）；然后速度计算单元（２）根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号计算得到无刷直流电机的转速ω，将电机的转速ω与给定电机的转速ω↑［＊］作差后经速度环ＰＩ调节器（１）输出的电流值作为电流内环的电流给定值Ｉ↑［＊］；同时电流形状函数单元（３）根据检测到的所述无刷直流电机的转子角速度信号产生三相１２０°方波电流形状，将所述三相１２０°方波电流形状与所述电流给定值Ｉ↑［＊］相乘，得到三相坐标系下的电流给定值ｉ↓［ａ］↑［＊］、ｉ↓［ｂ］↑［＊］和ｉ↓［ｃ］↑［＊］，三相坐标系下的电流给定值ｉ↓［ａ］↑［＊］、ｉ↓［ｂ］↑［＊］和ｉ↓［ｃ］↑［＊］经给定电流坐标变换单元（４）转换为两相静止坐标系下的电流给定值ｉ↓［α］↑［＊］和ｉ↓［β］↑［＊］；同时反馈电流坐标变换单元（８）将检测到的所述无刷直流电机的绕组电流转换后，得到两相静止坐标系下的无刷直流电机的电流值ｉ↓［α］和ｉ↓［β］，将所述电流值ｉ↓［α］与所述电流给定值ｉ↓［α］↑［＊］作差后经过α轴电流ＰＩ调节器（５）调节后，得到磁链跟踪ＰＷＭ单元（７）的给定电压值ｕ↓［α］↑［＊］，将所述电流值ｉ↓［β］与所述电流给定值ｉ↓［β］↑［＊］作差后经过β轴电流ＰＩ调节器（６）调节后，得到磁链跟踪ＰＷＭ单元（７）的给定电压值ｕ↓［β］↑［＊］，磁链跟踪ＰＷＭ单元（７）根据给定电压值ｕ↓［α］↑［＊］和ｕ↓［β］↑［＊］，采用七段式空间矢量ＰＷＭ调制方法实现对四开关三相逆变器（９）中功率开关管的导通与闭合的控制，进而实现对所述无刷直流电机的调速。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵克，安群涛，孙力，吴凤江，孙立志，孙光亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93
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