[实用新型]一种直流电机转矩脉动抑制控制器

说明书

技术领域

本发明创造属于直流电机控制领域，尤其是涉及一种直流电机转矩脉动抑制控制器。

背景技术

近年来，无刷直流电机因其功率密度高、调速性能优越、控制简单等特点，得到越来越广泛的应用。相对于正弦性永磁同步电机，方波型永磁无刷直流电机最突出的问题就在于具有电磁转矩脉动，从而限制了其在很多领域中的应用与推广。根据转矩脉动产生的机理的不同，采用的转矩脉动抑制的方法主要是两种：一种是电机本体优化设计；另一类是从控制策略入手，通过调整加在电机定子绕组上的电压或电流波形来抑制转矩脉动。

如图1所示，现有无刷直流电机的PWM调制策略为：三相永磁无刷直流电机工作于120°导通方式下时，同一相上下两个桥臂的开关管交替导通，各自导通半个周期180。常见的PWM调制方式有：a)PWM_ON；b)ON_PWM；c)H_PWM-L_ON；d)H_ON-L_PWM；e)H_PWM-L_PWM；f)PWM_ON_PWM等。PWM_ON调制方式的原理为在开关管导通的120°期间，前60°进行PWM调制，后60°保持恒通；ON_PWM调制方式与PWM_ON调制方式正好相反，即前60°保持恒通，后60°进行PWM调制；H_PWM-L_ON调制方式表示上桥臂开关管进行PWM调制，下桥臂开关管保持恒通；H_ON-L_PWM调制方式与H_PWM-L_ON的调制方式相反，即上桥臂开关管保持恒通，下桥臂开关管进行PWM调制；H_PWM-L_PWM调制方式表示上下桥臂开关管均进行PWM调制。PWM_ON_PWM调制方式下，每只开关管在开通的前30°和后30°期间进行PWM调制，中间60°区间保持恒通。

在前五种PWM调制方式中，采用H_PWM-L_PWM调制方式时，每只开关管均进行PWM调制，六只开关管总的开关损耗相对于采用其他四种调制方式时的开关损耗增加了一倍，因此，通常情况下，不选择H_PWM-L_PWM调制方式；采用H_PWM-L_ON和H_ON-L_PWM时，只有一个桥臂上的开关管在进行PWM调制，而另一个桥臂上的开关管处于恒通状态，因此，六只开关管的开关损耗并没有均匀的分配。对于不同的使用要求下可以选择不同的调制方式。PWM_ON调制方式是上述调制方式中最优的调制方式，采用该调制方式可以抑制换相期间的电磁转矩脉动。在此基础上的PWM_ON_PWM调制方式还可以消除非导通相上的续流电流。

可见目前采用PWM控制抑制直流电机转矩脉动的调制方式很多，但都仅需要两种控制信号来实现：PWM信号和ON信号。

目前采用的产生PWM信号的控制器都是采用通用处理器，如单片机、数字信号处理器（DSP）及现场可编程阵列（FPGA），存在系统成本高、系统设计复杂、受环境影响较大等问题。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供一种能产生上述两种控制信号适用于不同调制方式的直流电机转矩脉动抑制控制器，特别适合在不同PWM控制策略的直流电机上使用。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种直流电机转矩脉动抑制控制器，包括产生用于控制电机工作的PWM控制信号的PWM信号发生器、产生控制电机工作的常开控制信号的ON信号发生器、高频多路分配器和复杂可编程控制器（CPLD），所述PWM信号发生器、ON信号发生器和CPLD的输出端分别与所述高频多路分配器相连，所述高频多路分配器通过驱动电路与直流电机相连，所述直流电机通过转子位置传感器与所述CPLD相连，CPLD根据PWM调制方式及转子位置传感器得到的信号产生控制信号，高频多路分配器根据CPLD输出的控制信号将PWM信号和ON信号加到不同桥臂的驱动电路上。

进一步的，所述PWM信号发生器由一个等幅度周期震荡波和一个参考波通过比较器进行比较后，输出脉冲宽度不同的PWM信号，所述等幅度周期震荡波采用三角波，PWM的脉冲宽度可通过参考波的输入幅度值进行调节，因此可产生任意占空比的PWM信号。

进一步的，可以采用前缘控制和后缘控制产生两种不同PWM信号：利用三角波的峰谷确定PWM的结束时间和利用三角波的峰谷确定PWM开始时间；可以根据三角波和脉宽控制输入加到比较器的端子方式不同（正向端或反向端）可得到不同有效占空比（高电平或低电平）的PWM信号。