一種Buck電路無刷直流電機驅動系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術公布了一種Buck電路無刷直流電機驅動系統及其控制方法，在無刷直流電機傳導區間和換相區間都能維持電感電流恒定；驅動系統為轉速電流雙閉環控制，外環是轉速環，由PI調節器進行控制；內環是電流環，由單周期算法控制。本發明專利技術Buck電路無刷直流電機驅動系統及其控制方法能夠使得電感電流及時響應無刷直流電機換相時刻Buck突然卸載的變化，通過檢測Buck電感電流和Buck電容電壓，維持電感電流恒定；該方法能夠有效提高電流內環對負載變化的響應能力，具有重要的意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及一種Buck電路無刷直流電機驅動系統控制方法，屬于直流變換器一 電機驅動的領域。
技術介紹
無刷直流電機轉子采用永磁材料勵磁，由于其體積小、功率密度高、動態適應性 強、控制簡便等特點，已經廣泛應用于生產生活的各個領域。但是傳統的各種PWM控制方式 下的無刷直流電機，其調速范圍受到逆變器開關管頻率的限制，且高頻PWM斬波會大大增 加開關損耗。 隨著電力電子技術的發展，Buck電路越來越多地被應用于電機調速的場合。控制 開關管占空比就可W調節Buck電路輸出電壓，非常適用于一些需要調壓調速的場合，尤其 在高速電機領域調壓調速應用更加廣泛。 對于傳統的Buck電路接阻性負載時，其電流環一般采用PI控制，該情況下PI調 節器可W使電流環對負載變化做出較好的響應。但是在Buck電路接無刷直流電機負載時， 由于無刷直流電機換相時相當于在換相時刻Buck突然空載，此時PI調節器不能使得電流 內環及時響應負載變化，造成電感電流跌落，沒能實現雙閉環控制系統的控制目標，即電流 內環沒能及時對空載做出調節。
技術實現思路
針對上述
技術介紹
的不足，本專利技術提供了一種Buck電路無刷直流電機驅動系統 及其控制方法，該利用轉速環給定的電流基準值、電感電流的反饋值W及采樣到的電容電 壓值，對每個周期內的開關管占空比進行預測分配，使得控制系統能夠及時響應電機換相 時刻Buck突然空載的情況，保持電感電流恒定。本專利技術為解決上述技術問題采用W下技術方案： -種Buck電路無刷直流電機驅動系統控制方法，該方法包括W下步驟：[000引步驟1，在一個控制周期開始時刻采集Buck變換器中的電感電流、電容電壓，利用 傳感器檢測無刷直流電機轉子的位置信號，將所述信號傳送到數字信號處理器中； 步驟2,當無刷直流電機換相時，數字信號處理器實時計算出電機轉速作為電機 轉速環的反饋，與設定的電機轉速給定值經過PI調節器進行調節，作為電機轉速環的輸出 值； 步驟3,將轉速環輸出值作為電流環的給定值，利用單周期控制算法，根據該開關 周期內電感電流給定值與反饋值的差值，計算出下個控制周期的占空比W消除本控制周期 內電感電流給定值與反饋值的誤差。 進一步的，步驟3中所述的單周期控制算法公式具體為，[001引式中，D&W為第化+1)個控制周期內，開關管的占空比；ibwoo為第k個控制周期內電感電流的參考值，即轉速環的輸出值；[001引iu?iao為第k個控制周期內，電感電流的反饋值；[001引 Utfw為第k個控制周期內，電容上的電壓值；L為Buck電路的電感值；[001引 Udoo為電源電壓值，一般視為恒定值； T為一個控制周期的時間。 一種在Buck電路無刷直流電機驅動系統，該系統包括電源、Buck變換器、無刷直 流電機和=相逆變器； 所述電源的正極連接Buck變換器的正向電壓輸入端，電源的負極連接Buck變換 器的負極； 所述Buck變換器的正向電壓輸出端連接逆變器的正極，Buck變換器的負極連接 =相逆變器的負極；所述=相逆變器各相的中點連接無刷直流電機=相上。 本專利技術采用W上技術方案與現有技術相比，具有W下技術效果： 該方法在無刷直流電機換相時，利用數字信號處理器檢測電機霍爾傳感器發出的 位置信號，將檢測出的霍爾傳感器位置信號送入數字信號處理器內部，數字信號處理器根 據接收到的霍爾傳感器信號控制下一區間逆變器開關管開關狀態，經過數字信號處理器的 PWM口輸出逆變器開關管的開關信號，進行正確換相。該驅動系統為轉速電流雙閉環控制系統，其中外環是轉速環，數字信號處理器實 時計算出電機轉速作為電機速度環的反饋rifcd，與設定的電機轉速給定rWf經過PI調節器 進行調節，轉速外環輸出值作為電流內環的給定，設為ibw。內環是電流環，數字信號處理 器實時采樣Buck電感電流作為電流內環的反饋iued。 在單周期控制的電流內環中，數字信號處理器通過實時檢測采樣該控制周期內電 感電流iued和電容電壓Ud，利用單周期控制算法可W根據該開關周期內電感電流給定值與 反饋值的差值，計算出下個開關周期的占空比W消除該周期內電感電流給定值與反饋值的 誤差，使得電感電流反饋值實時跟蹤給定值，在電感電流給定值恒定的情況下，保持電感電 流恒定。 實時檢測電感電流和電容電壓，通過所設計的單周期控制算法，使得電感電流能 夠及時響應電機換相時刻負載突變的情況；解決了PI調節器控制下，PI參數依靠經驗值來 確定不能及時響應電容電壓的變化，造成的PI調節的占空比已經不適應電機換相情況下 的動態參數，不能及時調整開關管占空比來使得電感電流恒定；與其它諸如變PI參數等控 制算法相比，該算法簡潔明了，容易實現。【附圖說明】 圖1為Buck電路無刷直流電機驅動系統等效電路圖； 圖2為Buck電路無刷直流電機驅動系統轉速電流雙閉環等效控制框圖； 圖3為單周期算法控制方式下電感電流工作狀態波形圖； 圖4為Buck電路無刷直流電機驅動系統框圖； 圖5為電感電流仿真波形圖； 圖6為電感電流與Buck變換器開關信號細節波形圖。【具體實施方式】 本專利技術提供，為使本專利技術的 目的，技術方案及效果更加清楚，明確，W及參照附圖并舉實例對本專利技術進一步詳細說明。 應當理解，此處所描述的具體實施僅用W解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。 下面結合附圖對專利技術的技術方案進行詳細說明： 如圖2、圖4所示，一種Buck電路無刷直流電機驅動系統控制方法，控制電感電流 恒定的單周期控制算法，包括如下步驟： (1)無刷直流電機換相時，利用數字信號處理器檢測電機霍爾傳感器發出的位置 信號，將檢測出的霍爾傳感器位置信號送入數字信號處理器內部，數字信號處理器根據接 收到的霍爾傳感器信號控制下一區間逆變器開關管開關狀態，經過數字信號處理器的PWM 口輸出逆變器開關管的開關信號，進行正確換相。[003引 似該驅動系統為轉速電流雙閉環控制系統，其中外環是轉速環，數字信號處理器 實時計算出電機轉速作為電機速度環的反饋n^d，與設定的電機轉速給定經過PI調節 器進行控制，轉速外環輸出值作為電流內環的給定，設為ib。,。內環是電流環，數字信號處 理器實時采樣Buck電感電流作為電流內環的反饋iued。 (3)在單周期控制的電流內環中，數字信號處理器通過實時檢測采樣該控制周期 開始時刻電感電流iued和電容電壓Ud，利用單周期控制算法可W根據該開關周期內電感電 流給定值與反饋值的差值，計算出下個開關周期的占空比W消除該周期內電感電流給定值 與反饋值的誤差，使得電感電流反饋值實時跟蹤給定值，在電感電流給定值恒定的情況下， 保持電感電流恒定。 本專利技術提出的一種在Buck電路無刷直流電機驅動系統，其等效電路如圖1所示， 包括電源、Buck變換器、無刷直流電機和S相逆變器；上述電源的正極連接Buck變換器的 正向電壓輸入端，電源的負極連接Buck變換器的負極；上述Buck變換器的正向電壓輸出端 連接逆變器的正極，Buck變換器的負極連接S相逆變器的負極；所述S相逆變器各相的中 點連接無刷直流電機立相上。[00川如圖3所示，單周期算法控制電感電流恒定原理如下： 假設轉速外環給電流內環的輸出為ib。,，在轉速恒定的情況下，經過數字信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Buck電路無刷直流電機驅動系統控制方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：步驟1，在一個控制周期開始時刻采集Buck變換器中的電感電流、電容電壓，利用傳感器檢測無刷直流電機轉子的位置信號，將所述信號傳送到數字信號處理器中；步驟2，當無刷直流電機換相時，數字信號處理器實時計算出電機轉速作為電機轉速環的反饋，與設定的電機轉速給定值經過PI調節器進行調節，作為電機轉速環的輸出值；步驟3，將轉速環輸出值作為電流環的給定值，利用單周期控制算法，根據該開關周期內電感電流給定值與反饋值的差值，計算出下個控制周期的占空比以消除本控制周期內電感電流給定值與反饋值的誤差。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：單濤，王曉琳，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32