[发明专利]一种梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法，属于无刷直流电机控制的技术领域。本发明的无刷直流电机换相误差补偿方法包括两个步骤，首先基于无刷直流电机的数学模型获得换相误差的初次估计值以提高换相误差的补偿速度，然后为了提高换相误差的补偿精度，基于相电流积分的差值进行在线滚动优化以获得最优的换相误差，并在在线滚动优化结束后进行滞环控制。同时，为了适应电机转速和负载变化，优化了滞环带宽度的选取以克服不确定性对滞环控制的影响。本发明的梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法具有补偿速度快、补偿精度高、对电机转速和负载等变化不敏感等优点，有利于提高无刷直流电机的换相精度及运行效率。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法。

背景技术

采用方波电流驱动的无刷直流电机具有结构简单、功率密度大、效率高等优点，广泛应用于机械制造、车辆运输、家电产品等领域。无刷直流电机需要六个离散的转子位置信号进行换相，以控制定子磁场与转子磁场保持同步。根据转子位置的检测方法，无刷直流电机的控制可分为有位置传感器控制和无位置传感器控制。由于位置传感器会占用安装空间、增加电机的成本、降低系统的可靠性，因此无位置传感器控制成为了无刷直流电机的发展趋势。无位置传感器控制方法通过检测包含转子位置信息的信号，如反电动势、磁链等，并以这些信号与换相时刻的关系控制电机的换相。

无论是有位置传感器控制还是无位置传感器控制，由于检测误差、电路元件的误差、非理想条件、电机参数变化等因素，使得电机的换相误差是不可避免的。换相误差会引起转矩脉动、产生电流畸变和电流谐波，增加电机损耗、导致系统效率降低。因此，对电机的换相误差进行校正和补偿，对于减小电流畸变、降低电机损耗、提高电机运行效率都具有重要的意义。

就目前的换相误差补偿方法，可大致分为两类：一类是根据换相误差源进行补偿，另一类是根据电机输出信号的特征进行补偿。第一类方法主要对电机运行中可能导致换相误差的环节进行分析，如低通滤波器导致相位滞后、整形电路造成延迟、算法的执行时间造成滞后等，然后根据误差源的特性计算出相应的滞后角度并对换相过程进行补偿。这种方法相对简单，但是对系统参数的变化敏感，同时很难考虑到系统的所有误差源，因此补偿精度较低。第二类方法是通过某种性能指标来确定理想换相时刻，比如采用电压波形或电流波形的面积对称度作为校正指标，这类方法具有对系统参数变化不敏感、适应性强的优点，可以有效克服系统干扰对换相补偿精度的影响。

发明内容

针对无刷直流电机运行过程中非理想因素等导致的换相误差问题，本发明公开了一种梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法。首先基于无刷直流电机的数学模型获得换相误差的初次估计值以提高换相误差的补偿速度，然后为了提高换相误差的补偿精度，基于相电流积分的差值进行在线滚动优化以获得最优的换相误差，并在在线滚动优化结束后进行滞环控制。同时，为了适应电机转速和负载变化，优化了滞环带宽度的选取以克服不确定性对滞环控制的影响。

本发明采用的技术方案如下：一种梯形波反电动势的无刷直流电机换相误差补偿方法，包括下述步骤：

1.换相误差的初次估计，换相误差的初次估计包括以下子步骤：

步骤1-1：通过电流传感器采集无刷直流电机当前导通相换相开始和换相结束时的正向相电流i₁和i₂，并计算电流误差值Δi＝i₁-i₂；

步骤1-2：根据步骤1-1获得的电流误差值Δi计算电流积分的差值ΔI＝(Δi×T)/2，其中T为一个换相周期的导通时间；

步骤1-3：定义中间变量D₁＝RI，D₂＝2R/T，其中R为电机绕组的电阻，I为稳态时的电流；