一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法，属于直流变 换器一电机驱动的领域。
【背景技术】
[0002] 无刷直流电机转子采用永磁材料励磁，由于其体积小、功率密度高、动态适应性 强、控制简便等特点，已经广泛应用于生产生活的各个领域。但是传统的各种PWM控制方式 下的无刷直流电机，其调速范围受到逆变器开关管频率的限制，且高频PWM斩波会大大增 加开关损耗。
[0003]随着电力电子技术的发展，Buck电路越来越多地被应用于电机调速的场合。控制 开关管占空比就可以调节Buck电路输出电压，非常适用于一些需要调压调速的场合，尤其 在高速电机领域调压调速应用更加广泛。为了减小Buck变换器的体积，一般在满足设计要 求的情况下，尽量减小电感和电容的取值。
[0004] 但是当Buck电容取值较小时，会出现在无刷直流电机换相期间，电容升压的现 象。且在电机换相期间，电感电流认为恒定，相当于电流源Buck电容和电机阻抗并联接于 恒流源，当电机阻抗固定且较小时会引起强烈的电流谐振，使得电机相电流波形不稳定。
【发明内容】
[0005]针对上述【背景技术】的不足，为了抑制电流谐振、提高系统的稳定性，本发明提出了 一种基于Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法；该方法通过对系统传递函数 的分析，利用控制理论的等效变换，实际上相当于在控制系统中增加了电阻，有效地增大了 系统的阻尼，抑制了电流谐振。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法，采用数字信号处理器实 时计算电机转速作为电机速度环的反馈信号nftd，与设定的电机转速信号减经过PI 调节器进行控制，得到转速外环输出值，设为itof，并且作为内环的给定值；内环是电流环， 数字信号处理器实时采样Buck电感电流作为电流内环的反馈i@d，与转速外环输出值itof 相减经单周期控制策略控制Buck电路，Buck电路产生的控制信号通过控制三相逆变器以 控制电机；
[0008]其中，通过在电机控制系统分别在Buck母线电容并联虚拟电阻、串联虚拟电阻、 逆变器母线串联虚拟电阻，增加系统阻尼，抑制了因电机参数和Buck电路参数不匹配而产 生的强烈的系统谐振。
[0009]该方法提供一种Buck电路无刷直流电机控制系统，具体包括电源、Buck变换器、 电机和三相逆变器；
[0010] 所述电源的正极连接Buck变换器的正极，电源的负极连接Buck变换器的负极；
[0011] 所述Buck变换器的正向电压输出端连接三相逆变器母线的正端，Buck变换器的 负极连接三相逆变器母线的负端；所述三相逆变器各相的中点连接无刷直流电机三相上。
[0012] 该方法提供一种Buck电路无刷直流电机控制系统，其中给Buck电容并联虚拟电 阻，等效为虚拟电阻一端与电源负极连接，另一端与Buck电容的一端以及Buck电感的一端 相连；
[0013] 具体包括以下步骤：
[0014] 步骤1，在一个控制周期开始时刻采样Buck变换器中的电容电压urf;
[0015] 步骤2,当无刷直流电机换相时，数字信号处理器实时计算出电机转速作为电机 转速环的反馈，与设定的电机转速值相减经过PI调节器进行调节，作为电机转速环的输出 值，即电流内环的参考值
[0016] 步骤3,制定该控制系统的电路表达式，并进行拉氏变换，根据拉氏变换画出系统 的电流环控制结构，并对该结构进行等效变换；
[0017] 步骤4,将步骤1中采样得到的urf进行如下处理，先乘以该系统所需的虚拟电阻 的倒数1/R，再乘以电感电流单周期控制传递函数G(s)得到电感电流信号反馈值Uigfral;
[0018] 步骤5,将该电感电流信号反馈值作为电感电流参考值i^f的负反馈，加入 到电感电流信号参考值i^f的输入端。
【主权项】
1. 一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法，其特征在于：采用数字信号 处理器实时计算电机转速作为电机速度环的反馈信号n fed，与设定的电机转速信号nMf相减 经过PI调节器进行控制，得到转速外环输出值，设为L ef，并且作为内环的给定值；内环是 电流环，数字信号处理器实时采样Buck电感电流作为电流内环的反馈i@ d，与转速外环输 出值Lef相减经单周期控制策略控制Buck电路，Buck电路产生的控制信号通过控制三相 逆变器以控制电机； 其中，通过电机控制系统分别在Buck母线电容并联虚拟电阻、串联虚拟电阻、逆变器 母线串联虚拟电阻，增加系统阻尼，抑制了因电机参数和Buck电路参数不匹配而产生的强 烈的系统谐振。
2. 根据权利要求1所述的一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法，其特 征在于：该方法提供一种Buck电路无刷直流电机控制系统，具体包括电源、Buck变换器、电 机和三相逆变器； 所述电源的正极连接Buck变换器的正极，电源的负极连接Buck变换器的负极； 所述Buck变换器的正向电压输出端连接三相逆变器母线的正端，Buck变换器的负极 连接三相逆变器母线的负端；所述三相逆变器各相的中点连接无刷直流电机三相上。
3. 根据权利要求2所述的一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法，其 特征在于：该方法提供一种Buck电路无刷直流电机控制系统，其中给Buck电容并联虚拟电 阻，等效为虚拟电阻一端与电源负极连接，另一端与Buck电容的一端以及Buck电感的一端 相连； 具体包括以下步骤： 步骤1，在一个控制周期开始时刻采样Buck变换器中的电容电压Uci; 步骤2,当无刷直流电机换相时，数字信号处理器实时计算出电机转速作为电机转速环 的反馈，与设定的电机转速值相减经过PI调节器进