一种无刷直流电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无刷直流电机方法，属于电力传动技术领域。本发明专利技术以一个前级四输出电平功率变换器与后级两电平三相全桥逆变器级联作为无刷直流电机供电拓扑，并以瞬时电流为控制变量。通过不断切换前级四输出电平功率变换器的输出电平来控制瞬时电流始终跟踪基准值，通过后级三相全桥逆变器的的开关状态来进行无刷直流电机的换向。本方法能够在较低的开关频率下减小因PWM控制产生的电流谐波、提高动态响应速度以及有效抑制换向转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机控制方法
本专利技术涉及电力传动
，尤其涉及一种无刷直流电机控制方法。
技术介绍
近年来，无刷直流电机因其功率密度高、控制简单等优点，得到越来越广泛的应用。传统的无刷直流电机控制系统由三相全桥逆变器供电，并通过对三相全桥逆变器的PWM斩波控制实现调速功能。然而无刷直流电机的控制效果一直不佳，主要有以下三点原因：1.由于无刷直流电机的电磁时间常数通常很小，当开关频率较低时，PWM斩波造成的电流谐波较大，加重了电机发热。提高开关频率又会增加损耗从而降低效率，而且会加重EMI问题；2.无刷直流电机存在换向转矩脉动的固有缺陷，限制了其在高精度场合的应用。当电机处于高速运行状态时，换向转矩脉动更为严重；3.传统控制方法中，受制于直流电源电压和电磁时间常数，无法获取更快的动态响应速度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提供一种无刷直流电机控制方法，能够在较低的开关频率下获得较小谐波电流，抑制无刷直流电机的换向转矩脉动，并且获取更快的动态响应速度。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种无刷直流电机控制方法，包括四输出电平功率变换器、两电平三相全桥逆变器、无刷直流电机本体、转速误差计算模块、转速环PI调节模块、电流采样模块、电流误差计算模块和电平选择表，其具体步骤如下：步骤1），通过无刷直流电机本体的霍尔位置传感器获取六个离散的霍尔位置信号，根据所述六个离散的霍尔位置信号得到换相表，并以此控制两电平三相全桥逆变器，实现所述无刷直流电机本体的换向；步骤2），利用所述六个离散的霍尔位置信号计算得到转速采样值，通过转速误差计算模块得到转速采样值与转速基准值之间的转速误差，再将转速误差通过转速环PI调节模块得到电流基准值；步骤3），电流采样模块将检测到的无刷直流电机本体的电枢电流求取最大绝对值后作为电流采样值，在通过电流误差计算模块得到电流采样值与电流基准值之间的电流误差；步骤4），根据电流误差、转速基准值、以及转速采样值查找电平选择表中对应的电平，通过四输出电平功率变换器将所述选择电平选择表中对应的电平作用于逆变器母线；步骤5），重复步骤1）至步骤4），使得转速采样值和电流采样值分别跟踪转速基准值和电流基准值。作为本专利技术一种无刷直流电机控制方法进一步的优化方案，所述四输出电平功率变换器包含直流电源Vd、开关管T1至T3、二极管D1至D4、电感Ls、电容C1至C2、以及开关S1至S3，所述开关S1至S3均包含“1”端、“2”端、“3”端三个端口；所述电源Vd的阳极分别与开关管T1的漏极、开关管T3的源极、二极管D3的正极、开关S2的“1”端相连，阴极分别与二极管D1的正极、电容C1的负极、电容的C2负极、开关S3的“2”端相连；所述电感Ls的一端分别与开关管T1的源极、二极管D1的负极相连，另一端分别与二极管D2的正极、开关管T2的漏极相连；所述二极管D4的正极分别与二极管D3的负极、开关管T3的漏极、二极管D2的负极相连，负极分别与电容C2的正极、开关S1的“1”端相连；所述开关管T2的源极分别与电容C1的正极、开关S3的“1”端相连；所述与二极管D4的负极相连；所述开关S1的“2”端与开关S2的“3”端相连，开关S2的“2”端与开关S3的“3”端相连；所述开关S1的“3”端、开关S3的“2”端与所述两电平三相全桥逆变器相连。作为本专利技术一种无刷直流电机控制方法进一步的优化方案，所述开关管T1至T3采用MOS管、三极管、IGBT中的任意一种。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、稳态工作时，按照表1所示电平选择表不断切换作用于逆变器母线的电平，有效降低了电流变化率，使得低开关频率下电流谐波减小；2、换向时刻，由于电流采样值会跌落至误差带w之外，因此控制器会自动选择高电压VC2作用于逆变器母线，使得换向时刻母线电压瞬间升高，从而有效抑制换向转矩脉动；3、暂态工作时，由于电流基准值突变，电流采样值会跳出误差带w之外，因此控制器会自动选择使得电流变化率最快的电平，从而大幅加快动态响应速度；4、前级四输出电平功率变换器相比于传统功率变换器，只采用了一个感值很小的谐振电感，大幅降低了功率变换器的体积重量。且相比于传统的并联型多电平功率变换器，功率器件较少，控制简单，可靠性高，更重要的是，便于实现集成化。附图说明图1为本专利技术的系统控制算法框图；图2为四输出电平功率变换器的控制框图；图3为四输出电平功率变换器电感Ls向电容VC1储能的模态；图4为四输出电平功率变换器电感Ls向电容VC2储能的模态；图5四输出电平功率变换器电感Ls向电源回馈电能的模态；图6四输出电平功率变换器的工作状态波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，本专利技术公开了一种无刷直流电机控制方法，包括四输出电平功率变换器、两电平三相全桥逆变器、无刷直流电机本体、转速误差计算模块、转速环PI调节模块、电流采样模块、电流误差计算模块和电平选择表，其具体步骤如下：步骤1），通过无刷直流电机本体的霍尔位置传感器获取六个离散的霍尔位置信号，根据所述六个离散的霍尔位置信号得到换相表，并以此控制两电平三相全桥逆变器，实现所述无刷直流电机本体的换向；步骤2），利用所述六个离散的霍尔位置信号计算得到转速采样值n，通过转速误差计算模块得到转速采样值n与转速基准值n*之间的转速误差Δn，再将转速误差Δn通过转速环PI调节模块得到电流基准值I*；步骤3），电流采样模块将检测到的无刷直流电机本体的电枢电流求取最大绝对值后作为电流采样值I，在通过电流误差计算模块得到电流采样值I与电流基准值I*之间的电流误差ΔI；步骤4），根据电流误差ΔI、转速基准值n*、以及转速采样值n查找电平选择表中对应的电平，通过四输出电平功率变换器将所述选择电平选择表中对应的电平作用于逆变器母线；步骤5），重复步骤1）至步骤4），使得转速采样值和电流采样值分别跟踪转速基准值和电流基准值。图1中的电压选择表按照以下3个原则定制：1），根据转速n和基准转速n*来确定反电势的值；2），当ΔI较大时，如果ΔI小于零，则选择电压最高的电平，如果ΔI大于零，选择电压最低的电平；3），当ΔI较小时，如果ΔI小于零，则选择高于反电势但最接近反电势的电平，如果ΔI大于零，选择低于反电势且最接近反电势的电平。所述四输出电平功率变换器包含直流电源Vd、开关管T1至T3、二极管D1至D4、电感Ls、电容C1至C2、以及开关S1至S3，所述开关S1至S3均包含“1”端、“2”端、“3”端三个端口；所述电源Vd的阳极分别与开关管T1的漏极、开关管T3的源极、二极管D3的正极、开关S2的“1”端相连，阴极分别与二极管D1的正极、电容C1的负极、电容的C2负极、开关S3的“2”端相连；所述电感Ls的一端分别与开关管T1的源极、二极管D1的负极相连，另一端分别与二极管D2的正极、开关管T2的漏极相连；所述二极管D4的正极分别与二极管D3的负极、开关管T3的漏极、二极管D2的负极相连，负极分别与电容C2的正极、开关S1的“1”端相连；所述开关管T2的源极分别与电容C1的正极、开关S3的“1”端相连；所述与二极管D4的负极相连；所述开关S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机控制方法，其特征在于,包括四输出电平功率变换器、两电平三相全桥逆变器、无刷直流电机本体、转速误差计算模块、转速环PI调节模块、电流采样模块、电流误差计算模块和电平选择表，其具体步骤如下：步骤1），通过无刷直流电机本体的霍尔位置传感器获取六个离散的霍尔位置信号，根据所述六个离散的霍尔位置信号得到换相表，并以此控制两电平三相全桥逆变器，实现所述无刷直流电机本体的换向；步骤2），利用所述六个离散的霍尔位置信号计算得到转速采样值，通过转速误差计算模块得到转速采样值与转速基准值之间的转速误差，再将转速误差通过转速环PI调节模块得到电流基准值；步骤3），电流采样模块将检测到的无刷直流电机本体的电枢电流求取最大绝对值后作为电流采样值，在通过电流误差计算模块得到电流采样值与电流基准值之间的电流误差；步骤4），根据电流误差、转速基准值、以及转速采样值查找电平选择表中对应的电平，通过四输出电平功率变换器将所述选择电平选择表中对应的电平作用于逆变器母线；步骤5），重复步骤1）至步骤4），使得转速采样值和电流采样值分别跟踪转速基准值和电流基准值。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机控制方法，其特征在于，包括四输出电平功率变换器、两电平三相全桥逆变器、无刷直流电机本体、转速误差计算模块、转速环PI调节模块、电流采样模块、电流误差计算模块和电平选择表；所述四输出电平功率变换器包含直流电源Vd、开关管T1至T3、二极管D1至D4、电感Ls、电容C1至C2、以及开关S1至S3，所述开关S1至S3均包含“1”端、“2”端、“3”端三个端口；所述电源Vd的阳极分别与开关管T1的漏极、开关管T3的源极、二极管D3的正极、开关S2的“1”端相连，阴极分别与二极管D1的正极、电容C1的负极、电容的C2负极、开关S3的“2”端相连；所述电感Ls的一端分别与开关管T1的源极、二极管D1的负极相连，另一端分别与二极管D2的正极、开关管T2的漏极相连；所述二极管D4的正极分别与二极管D3的负极、开关管T3的漏极、二极管D2的负极相连，负极分别与电容C2的正极、开关S1的“1”端相连；所述开关管T2的源极分别与电容C1的正极、开关S3的“1”端相连；所述开关S1的“2”端与开关S2的“3”端相连，开关S2的“2”端与开关S3的“3”端相连；所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾聪，王晓琳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32