无刷直流电机直接转矩控制

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1、48无刷直流电机直接转矩控制无刷直流电机直接转矩控制DirectTorqueControlforBrushlessDCMotors崔如泉孙振源王毓顺（青岛大学自动化工程学院控制工程系，山东青岛266071）摘要由于无刷直流电机转矩波动较大，不但会产生噪声和振动等问题，而且会影响整个系统的性能。由于直接转矩控制具有瞬时转矩控制的特点，提出了一种基于直接转矩控制的无刷直流电机控制系统实现方案，该方案对转矩进行闭环控制，通过转矩滞环调节器输出的控制信号和由位置传感器测得的转子位置选择相应的空间电压矢量，实现对电机转矩的直接控制，以达到抑

2、制转矩波动的目的。仿真结果表明该方案可行有效，能够较好的抑制无刷直流电机的转矩波动。关键词：无刷直流电机，直接转矩控制，空间电压矢量AbstractTorqueripplegeneratedinbrushlessDCmotors(BLDCM)isthemaindrawbackofBLDCM,whichnotonlycanpro-ducenoiseandvibration,butalsocanimpacttheperformanceofthesystem．Becausethedirecttorquecontrol(DTC)canco

3、ntrolthetorqueinstantly,inthispaper,DTCisusedtocontroltheBLDCM．Thisschemecontrolstorquebyclosed－loopcontrol．Andthenthecontrolsignalisobtainedbythehysteresiscontroller．Finallywiththiscontrolsignalandtherotorpo-sitionwhichisobtainedbythepositionsensor,thecorrespondingvo

4、ltagespacevectorisselected,sothatthetorquecanbecontrolleddirectly,andthetorqueripplecanbereduced．Keywords:brushlessDCmotor,directtorquecontrol,voltagespacevector抑制转矩波动是无刷直流电机研究领域的一项重要内容，电角度的梯形波；国内外许多学者在这方面进行了大量的研究。文献[1]对电机的3）忽略齿槽效应，电枢导体连续均匀分布于电枢表面；相电压和相电流进行Fourier级数分解

5、，推导出具有基波和高次4）驱动系统逆变电路的功率管和续流二极管均具有理想的谐波分量形式的转矩模型，并通过调节绕组的导通相位对转矩开关特性。谐波作相应补偿，达到消除谐波的目的。文献[2]利用定子谐波电机的状态方程为：电流的最优权重法，通过电流调节器等装置有效减小了电磁转uAR00iAL－M00iAeA矩及齿槽转矩引起的转矩波动。文献[3]通过动态改变输入电压uB＝00R00iB＋00L－M00diB＋eB（1）dt的方法实现了转矩波动的抑制。文献[4]对电枢反应引起的转矩uC00R

6、iC00L－MiCeC波动进行了分析，并从磁路设计和换相控制两个方面提出抑制式中：uA、uB、uC为三相定子相电压；eA、eB、eC为三相定子反这种影响的方法。电势；iA、iB、iC为三相定子电流；L为定子自感；M为定子间互感。直接转矩控制系统简称DTC（DirectTorqueControl）系对应的无刷直流电机等效电路原理图如图1所示。统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电机机变压变频调速系统。DTC的工作原理是，电压源逆变器产生6个非零电压矢量和1个零电压矢量，通过对电机定子磁链和转矩的输出值

7、与给定值进行比较，形成2个滞环比较器，由滞环比较器的输出选择电压矢量，进而控制电机的定子磁链和转矩在期望的范围之内。但是在无刷直流电机运行中，由于关断相电压的不确定性，定子磁链幅值随空间位置不同而时刻变化，定子磁链的观测和给定非常困难。由于无刷直流电机具有位置传感器，且其电动连续运行时由位置传感器给出的电压空间图1无刷直流电机原理图矢量恰好能够在电机定子上产生六边形的磁链，所以将DTC用2无刷直流电机空间电压矢量选择于永磁无刷直流电机时，一方面可以略去其磁链观测部分，以简无刷直流电机空间电压矢量的选择不同于永磁同步电机。化控制系统

8、的结构，另一方面利用其转矩控制的高动态性，将电在永磁同步电机驱动系统中，逆变桥的三相输出在任意时刻都机的转矩波动限制在规定的范围内。全部导通，每个桥臂的开关状态只要一位二进制数来表示，因此1无刷直流电机数学模型表达电压空间矢量只需用三位二进制数就可