一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法【专利摘要】本发明公开了一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法，控制步骤分为两步，(1)计算出所述参考波形的电流控制，参考计算公式计算出参考波形；(2)采用电流滞环比较的PWM调制的方法，根据第一步计算的参考波形数值，对无刷直流电机程序中的离散电流参考值进行写入。本发明提出了降低无刷直流电动机转矩波动的一种电流控制方法，并确保整个无刷直流电动机转动过程中的电动机转矩不下降；本发明可操作性强，控制方法简单，便于推广使用；本发明满足伺服系统低速运行和高精度运动控制的需要，为现今电动机伺服系统的基本技术条件。【专利说明】-种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法
技术领域：
[0001]本发明设及无刷直流电动机控制领域，特别是设及一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法。【
背景技术：
】[0002]无刷直流电动机是直流电动机的一种，采用永磁体励磁，用位置传感器和电子开关电路取代直流电动机的电刷和滑环，具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗W及调速性能好等诸多优点，通过伺服控制的无刷直流电动机已经广泛运用于电动汽车、机器人、数控机床等运动控制系统当中。[0003]常见的无刷直流电动机绕组中的控制电流为方波，位置传感器采用霍尔传感器，或采用无位置传感器的控制技术(应用于位置控制不高的电气传动系统）。电动机通常采用星形Ξ相六状态的工作方式，电枢电流每隔60°电角度换相一次，由此导致转子每转过60°电角度电枢磁场在空间上沿旋转方向跳跃式变化一次，电动机绕组通电期间存在特有的转矩波动。转矩波动的存在是运种电动机的一大缺陷，尤其是低速场合，转矩波动更为突出，难W实现更精确的位置控制和更高性能的速度控制，因而限制了其进一步的应用。现需一种无刷直流电动机控制方法，W克服上述问题。【
发明内容】[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种控制方法，实现并满足伺服系统低速运行和高精度运动控制的一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法，W解决上述
背景技术：
中的实际问题。[0005]本发明所解决的技术问题采用W下技术方案来实现：[0006]本发明提供一种Ξ相无刷直流电动机控制电流的参考波形，并根据参考波形采用电流滞环比较的PWM调制来实现降低无刷直流电动机转矩波动。[0007]参考波形如下：[000引（1)所述电流控制参考波形为波顶形状两端高出、中间下凹。[0009](2)所述参考波形波顶形状为光滑的曲线段；[0010](3)所述参考波形的电流最大值Imax、最小值Imin与方波控制时的电流幅值Im相比，存在如下公式：[0011](1)[0012](4)在采用参考波形为顶部平直的方波的无刷直流电机电流控制方式中，在绕组电流的两次相邻的60°电角度的换相期间，电枢电流产生的磁动势Fa在空间和幅值上保持不变，永磁体产生的磁动势Fm幅值不变，但其与电枢磁动势Fa的夹角Θ由120°电角度变为60°电角度。电动机产生的转矩为[0013]T=kxFaFmsine(2)[0014]其中：T为转矩;kT为由电动机决定的一个常数;Fa为电枢磁动势;Fm为永磁体磁动势;Θ为夹角；[0015]由于Θ的变化引起转矩T在60°电角度电枢电流导通期间的波动。[0016]所述参考波形，在Θ由120°电角度变为60°电角度期间，平滑地调节电枢磁动势Fa的大小，使得电动机产生的转矩T保持不变。[0017]令电动机产生的转矩Τ=化(Ta为定值)保持不变，电枢电流产生的磁动势Fa,可推导出Fa和Θ的关系如下公式：[001引（3J[0019]其中Fa和电枢电流I具有线性关系。结合公式（1)，可推导出l=h(0)作为参考波形的电流控制参考数值。[0020]计算出Θe[θ0+60°，θ0+?20°]内的I值（θ〇为绕组电流导通瞬间转子磁极对应的电角度），并作为表格table[11、12、口、……1256]，表格内对60°的区间进行均分为256个值，作为分辨率，分别为目1、目2、……目255、目256。表格内对应的256个值}1(目1)、11(目2)、……h(0255)、h(目256)得到电流控制的离散参考值。[0021]本发明的有益效果是：[0022]1、本发明提出了降低无刷直流电动机转矩波动的一种电流控制方法，并确保整个无刷直流电动机转动过程中的电动机转矩不下降；[0023]2、本发明可操作性强，控制方法简单，便于推广使用；[0024]3、本发明满足伺服系统低速运行和高精度运动控制的需要，为现今电动机伺服系统的基本技术条件。【附图说明】[0025]图1为本发明传统的方波波形示意图；[0026]图2为本发明的参考波形示意图；[0027]图3为本发明的参考波形Ξ相电流应用示意图；[00%]图4为无刷直流电动机的滞环电流控制控制图。【具体实施方式】[0029]下面将参照附图对本发明的一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法的实施方案进行详细说明。[0030]本发明提供一种Ξ相无刷直流电动机控制电流的参考波形，并根据参考波形采用电流滞环比较的PWM调制来实现降低无刷直流电动机转矩波动。[0031]如图1所示，Ξ相无刷直流电动机控制电流的方波波形参考波形，方波电流控制波形的波顶形状是平直的，电枢电流每隔60°电角度换相一次，由此导致转子每转过60°电角度电枢磁场在空间上沿旋转方向跳跃式变化一次，电动机绕组通电期间存在特有的转矩波动。[0032]本发明提供的降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法步骤如下：[0033](1)推导出参考波形[0034]参考波形，与传统的方波波形相比较不同之处体现在波顶形状不同，传统的方波电流控制波形的波顶形状是平直的。本发明的电流控制参考波形为波顶形状两端高出、中间下凹。[0035]两端高出、中间下凹的参考波形采用光滑的曲线段，电流存在最大值Imax、最小值Imin，与方波控制时的电流幅值相比，存在W下关系：[0036](1)[0037]在采用参考波形为顶部平直的方波的无刷直流电机电流控制方式中，在绕组电流的两次相邻的60°电角度的换相期间，电枢电流产生的磁动势Fa在空间和幅值上保持不变，永磁体产生的磁动势Fm幅值不变，但其与电枢磁动势Fa的夹角目由120°电角度变为60°电角度。电动机产生的转矩为[003引T=kTFaFmsine(2)[0039]其中：Τ为转矩;kT为由电动机决定的一个常数;Fa为电枢磁动势;Fm为永磁体磁动势;Θ为夹角；[0040]由于Θ的变化引起电枢电流在60°电角度导通期间转矩T的波动。[0041]参考波形，在Θ由120°电角度变为60°电角度期间，平滑地调节电枢磁动势Fa的大小，使得电动机产生的转矩T保持不变。[0042](2)采用电流滞环比较的PWM调制来实现[0043]使得电动机产生的转矩Τ=化(Ta为定值)保持不变，可推导出Fa和Θ的关系如下公式：[0044](3)[0045]其中Fa和电枢电流I具有线性关系。结合公式（1)，可推导出Ι=ΚΘ)，如图2、图3所/J、-〇[0046]计算出θε[θ0+60°，Θ0+120°]内的I值(Θ0为绕组电流导通瞬间转子磁极对应的电角度），并作为表格table[11、12、口、……1256]，表格内对60°的区间进行均分为256个值，作为分辨率，分别为目1、目2、……目255、目256。表格内对应的256个值}1(目1)、11(目2)、……h(0255)、h(目256)作为电流控制的离散参考值。[0047]如图4所示为无刷直流电动机(BLDCM)的P歷滞环电流控制框图，计算出的立相电流离散参考值写入无刷直流电机控制程序，与绕组电流的实时测量值比较，通入滞环比较器产生PWM控制信号，实现控制。[0〇4引W上所述仅为本发明的实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。【主权项】1.一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法，其特征在于：电流的参考波形具有（1)电流控制参考波形为波顶形状两端高出、中间下凹；（2)所述参考波形的电流最大值Imax、最小值Imin与方波控制时的电流幅值Im相比，存在如下公式：(3)无刷直流电动机产生的转矩为：T=kTFaFmsin9(2)其中:T为转矩;kT为由电动机决定的一个常数;Fa为磁动势;Fm为磁动势;Θ为夹角；所述参考波形，在Θ由120°电角度变为60°电角度期间，Θ和电流之间满足下述条件:令电动机产生的转矩T=Ta(Ta为定值)保持不变，电枢电流产生的磁动势Fa，推导出F4P0的关系如下公式：其中Fa和电枢电流I具有线性关系，推导出l=h(0)作为参考波形的电流控制参考计算公式。2.根据权利要求1所述的一种降低无刷直流电动机转矩波动的电流控制方法，其特征在于:控制步骤分为两步，（1)计算出所述参考波形的电流控制，参考计算公式计算出参考波形；（2)采用电流滞环比较的PWM调制的方法，根据第一步计算的参考波形数值，对无刷直流电机程序中的离散电流参考值进行写入。【文档编号】H02P6/28GK106059407SQ201610635343【公开日】2016年10月26日【申请日】2016年8月5日公开号201610635343.4,CN106059407A,CN106059407A,CN201610635343,CN-A-106059407,CN106059407A,CN106059407A,CN201610635343,CN201610635343.4【发明人】王爱元【申请人】上海电机学院