一种永磁无刷电机控制方法与流程

本发明涉及电力传动技术领域，尤其涉及一种永磁无刷电机控制方法。

背景技术：

永磁无刷电机因其控制简单、功率密度高等优点，应用十分广泛，但是换向问题一直是影响其控制性能的一大因素。在电机实际运行过程中，由于绕组电抗的作用，换向时电流不能突变，再加上电枢反应和位置传感器偏差等影响，电机实际上在非理想换向点进行了换向，相电流的相位与反电动势的相位不再一致且相电流往往滞后于反电势。电流相位滞后对电机性能带来诸多不利影响，主要有以下几点：

1.电机转矩/电流比降低，出力减小，带负载能力减弱，电压利用率降低；

2.绕组电流中含有较大无功分量，电机常数变大，调速范围减小，且电流产生纹波加剧转矩波动；

3.引起增磁效应，铁耗增加甚至饱和，铜耗增加，温升严重等。

当电机高速运行时，相电流相位滞后问题更加突出，对电机性能的影响也更加不容忽视，从而限制了永磁无刷电机在高转速高精度等更广阔领域的应用。而现有的抑制该问题的方法都存在较大缺陷，尤其是控制精度都较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种永磁无刷电机控制方法，参数敏感度低，控制精度高，适用范围广且控制简单。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种永磁无刷电机控制方法，包含以下具体步骤：

步骤1)，在永磁无刷电机内安装转子位置传感器，以获得永磁无刷电机的转子位置信号；

步骤2)，检测得到永磁无刷电机的相电压和相电流；

步骤3)，根据永磁无刷电机的相电压和相电流计算得到转子磁链信号和电流积分信号；

步骤4)，将转子磁链的相位与电流积分信号的相位进行作差处理，得到等效于永磁无刷电机反电势与相电流之间相位差的相位误差信号；

步骤5)，对相位差进行误差调节，得到永磁无刷电机的电流滞后相位角的补偿值，即超前换向补偿角；

步骤6)，通过转子位置传感器获到转子位置信号，并根据转子位置信号构造换向逻辑；

步骤7)，根据步骤5)得到的超前换向补偿角对换向逻辑进行调整，得到调整后的换向逻辑；

步骤8)，根据调整后的换向逻辑控制永磁无刷电机进行换向；

步骤9)，重复执行步骤1)至步骤8)，形成对反电势与相电流相位差的闭环控制，使两者相位一致即使电机稳定运行在最佳换向点。

作为本发明一种永磁无刷电机控制方法进一步的优化方案，步骤5)中所述的误差调节采用P调节、PI调节、PD调节、PID调节中的任意一种。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、电机能在全速全功率范围内始终保持最大转矩/电流比输出和最大有功功率输出；

2、直接检测并补偿相位差，参数敏感度低，且误差调节器形成对相位差的闭环控制，不受电机运行条件突变的影响，控制精度高；

3、通过对被检测量的数学处理以及误差调节就能实现对电机换向点的校正，控制简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明转子磁链与反电势的相位关系图；

图3为本发明电流积分信号与电流的相位关系图；

图4为本发明转子磁链、反电势、电流积分与电流的相位关系图；

图5为本方明转子磁链与电流积分的相位差图。

图6为本方明换向点的变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种永磁无刷电机控制方法，包含以下具体步骤：

步骤1)，在永磁无刷电机内安装转子位置传感器，以获得永磁无刷电机的转子位置信号；

步骤2)，检测得到永磁无刷电机的相电压u和相电流i；

步骤3)，根据永磁无刷电机的相电压u和相电流i计算得到转子磁链信号ψ和电流积分信号fidt；

步骤4)，通过相位误差检测模块将转子磁链信号ψ和电流积分信号fidt进行作差处理，得到等效于永磁无刷电机反电势与相电流之间相位差的相位误差信号α；

步骤5)，利用误差调节器对相位差信号α进行误差调节，得到永磁无刷电机的电流滞后相位角的补偿值，即超前换向补偿角β；

步骤6)，通过转子位置传感器获到转子位置信号θ，并根据转子位置信号构造换向逻辑；

步骤7)，根据步骤5)得到的超前换向补偿角对换向逻辑进行调整，得到调整后的换向逻辑；

步骤8)，根据调整后的换向逻辑控制永磁无刷电机进行换向；

步骤9)，重复执行步骤1)至步骤8)，形成对反电势与相电流相位差的闭环控制，使两者相位一致即使电机稳定运行在最佳换向点。

步骤5)中所述的误差调节可以采用PI调节，也可以采用P调节、PD调节、PID调节中的任意一种。

图2显示了转子磁链ψ与反电势e间的相位关系。

图3显示了电流积分信号fidt与相电流i间的相位关系。

图4显示了转子磁链ψ、反电势e、电流积分fidt与相电流i的相位关系：转子磁链ψ与电流积分信号fidt间的相位差α即为反电势e与电流i间的相位差。

图5和图6显示了相位差与换向点调整的对应关系：当相电流i滞后于反电势e时，相位检测模块检测出的相位差值α为正值，误差调节器的输出值β会随之增大，相位差α则不断减小直至为零，换向点从当前点A点前移至最佳换向点B点；反之换向点后移。

下表显示了功率管导通判断依据：θ为转子位置信号，在考虑超前换向角β的各转子位置区间内，对应各功率管的开通情况，构成换向点校正下的开关逻辑。

以上只是对本发明的优选实施方式进行了描述。对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易地联想到其它的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述实施方式，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围之内。