CN113517829B - 一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和***。由于三相转子反电势非正弦分布，无刷直流电机以转子位置进行等功率旋转坐标变换后得到的d轴反电势不为0，故无法实现d、q两轴的转矩解耦控制。为此本发明把反电势空间位置作为等功率旋转坐标变换矩阵中的旋转角，使得在新的d‑q坐标系下具有电磁转矩仅与q轴电流有关的特点；同时通过置与电磁转矩无关的d轴电流为0，可实现最大转矩电流比控制；通过给定电磁转矩的输入，实现了转矩脉动的抑制。本发明采用180°导通方式，能够实现抑制转矩脉动的同时达到最大转矩电流比控制的目的。

Description

一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和***

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制技术领域，特别是涉及一种基于反电势坐标变换的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和***。

背景技术

无刷直流电机由于具有结构简单、功率密度高、调速性能好易于维护等一系列优点，已经在电动汽车、家用电器、航空航天等领域得到广泛应用。其中，方波电流驱动方式，凭借着控制简单、经济可靠等优点，在无刷直流电机的控制***中的应用最为广泛，但是受绕组电感与非理想反电势的影响，不可避免地存在较大转矩脉动，引起机械震动与噪声，致使其无法大量应用于高精度伺服控制***，限制了应用的范围。另外，受方波电流驱动方法的限制，未能充分挖掘无刷直流电机的运行潜能，例如：最大转矩电流比控制。

最大转矩电流比控制，是一种控制经旋转坐标变换矩阵变换得到的d轴电流以追求最大转矩的电流控制策略，即在产生要求转矩的控制情况下，只需要最小的定子电流，从而减小损耗，提高电机的效率。对于正弦波永磁同步电机，以转子位置θ作为旋转角对三相反电势进行等功率旋转坐标变换，能够得到d轴反电势为0，q轴反电势为恒定值，故该电磁转矩具有仅与q轴绕组电流有关、与d轴绕组电流无关的特点，是实现永磁同步电机恒定瞬时转矩控制的基础；但对于无刷直流电机，由于三相转子反电势呈非正弦波分布，若以转子位置θ作为旋转角对该三相反电势进行等功率旋转坐标变换，得不到d轴反电势恒为0的结果，因此无法实现d、q两轴的转矩解耦控制，进而无法以控制d轴绕组电流来实现最大转矩电流比控制的高性能控制。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和***。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，包括：

采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数；

采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以所述反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值和q轴的电流实际值；

将d轴的电流给定值置为0，并与所述d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值；

将给定电磁转矩与所述反电势波形系数作商，得到q轴的电流给定值；

将q轴的电流给定值与所述q轴的电流实际值作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压；

将所述电压与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值相加，得到q轴的初始电压给定值；

将转子位置代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度；

将所述反电势波形系数与转子电角速度相乘，再与极对数作商，得到反电势；

将所述反电势电角速度倍比与转子电角速度相乘，得到反电势电角速度；

利用所述反电势、所述反电势电角速度、d轴的电流实际值和q轴的电流实际值，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值；

根据最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值，利用以反电势空间位置为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值；

将所述A相电压参考值、所述B相电压参考值和所述C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

优选地，所述反电势空间位置数据库的构建过程包括：

通过离线试验或有限元仿真，事先获得不同转子位置下的A相反电势和转子机械角速度；

将所述A相反电势和所述转子机械角速度相除，得到A相反电势系数，建立不同转子位置下的A相反电势系数数据库；

由转子位置通过查询所述A相反电势系数数据库得到当前转子位置下的第一A相反电势系数、第二A相反电势系数和第三A相反电势系数；

根据所述第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数，采用公式

得到当前转子位置下的反电势空间位置，进而得到所述反电势空间位置数据库；

其中，k_A(θ)为第一A相反电势系数、k_A(θ-2π/3)为第二A相反电势系数、k_A(θ+2π/3)为第三A相反电势系数，θ₁为反电势空间位置，θ为转子位置。

优选地，所述反电势电角速度倍比数据库的构建过程包括：

利用所述反电势空间位置数据库，采用公式

得到不同转子位置下的反电势电角速度倍比，进而得到所述反电势电角速度倍比数据库；

其中，k_ω为反电势电角速度倍比。

优选地，所述反电势波形系数数据库的构建过程包括：

由转子位置通过查询所述A相反电势系数数据库得到当前转子位置下的第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数；

根据所述第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数，采用公式

得到当前转子位置下的反电势波形系数，进而得到所述反电势波形系数数据库；

其中，k_e为反电势波形系数。

优选地，所述电压补偿值由对q轴的电流给定值进行微分后再乘以相电感得到。

优选地，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦的方式包括：

将所述d轴的初始电压给定值、所述q轴的初始电压给定值和所述d轴的电流实际值、所述q轴的电流实际值以及所述反电势、所述反电势电角速度代入公式

得到所述最终的d轴的电压给定值和所述最终的q轴的电压给定值；

其中，u_d1 ^*为d轴的初始电压给定值，u_q1 ^*为q轴的初始电压给定值，i_d为d轴的电流实际值，i_q为q轴的电流实际值，e为反电势，ω₁为反电势电角速度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，把反电势空间位置θ₁作为等功率旋转坐标变换矩阵中的旋转角，使得在新的d-q坐标系下具有电磁转矩仅与q轴电流有关的特点；同时通过置与电磁转矩无关的d轴电流为0，可实现最大转矩电流比控制；通过给定电磁转矩的输入，实现了转矩脉动的抑制。本发明采用180°导通方式，能够实现抑制转矩脉动的同时达到最大转矩电流比控制的目的。

对应于上述提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，本发明还提供了以下实施***：

一种无刷直流电机最大转矩电流比控制***，包括：

参数确定模块，用于采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数；

电流实际值确定模块，用于采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以所述反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值和q轴的电流实际值；

第一初始电压给定值确定模块，用于将d轴的电流给定值置为0，并与所述d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值；

电流给定值确定模块，用于将给定电磁转矩与所述反电势波形系数作商，得到q轴的电流给定值；

电压确定模块，用于将q轴的电流给定值与所述q轴的电流实际值作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压；

第二初始电压给定值确定模块，用于将所述电压与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值相加，得到q轴的初始电压给定值；

转子电角速度确定模块，用于将转子位置代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度；

反电势确定模块，用于将所述反电势波形系数与转子电角速度相乘，再与极对数作商，得到反电势；

反电势电角速度确定模块，用于将所述反电势电角速度倍比与转子电角速度相乘，得到反电势电角速度；

电压给定值确定模块，用于利用所述反电势、所述反电势电角速度、d轴的电流实际值和q轴的电流实际值，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值；

电压参考值确定模块，用于根据最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值，利用以反电势空间位置为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值；

控制模块，用于将所述A相电压参考值、所述B相电压参考值和所述C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

因本发明提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制***达到的技术效果与上述提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中三相静止坐标系与两轴同步旋转坐标系之间关系示意图；

图3为本发明实施例中基于反电势坐标变换实现最大转矩电流比的转矩-电流控制***框图；

图4为本发明中无刷直流电机A相理想反电势关于转子位置示意图；

图5为本发明实施例中在理想梯形波情况下反电势空间位置与转子位置的差值(θ₁-θ)关于转子位置示意图；

图6为本发明实施例中在理想梯形波情况下反电势电角速度倍比关于转子位置示意图；

图7为本发明实施例中在理想梯形波情况下反电势波形系数关于转子位置示意图；

图8为本发明实施例中在理想梯形波情况下d、q轴电流给定值及实际值示意图；

图9为本发明实施例中在理想梯形波情况下检测到的三相电流实际值示意图；

图10为本发明提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法和***，能够实现最大转矩电流比控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，d轴取转子磁场方向，q轴取空间上超前于d轴90电角度的方向，θ为当前时刻无刷直流电机的转子位置，同时也是转子磁场角，两轴以同步转速即转子电角速度ω逆时针旋转；结合本发明控制目的，为使转子磁场定向d-q旋转坐标系下的无刷直流电机的d轴反电势为0，此时的旋转变换矩阵中的旋转角是反电势空间位置θ₁，与转子位置θ不完全重合并在附近摆动。

基于此，本发明提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法如图1和图3所示，包括：

步骤100：采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置θ，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置θ₁，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比k_ω，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数k_e。

步骤101：采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值i_d和q轴的电流实际值i_q。

步骤102：将d轴的电流给定值i_d ^*置为0，并与d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值u_d1 ^*。

步骤103：将给定电磁转矩T_e ^*与反电势波形系数k_e作商，得到q轴的电流给定值i_q ^*。

步骤104：将q轴的电流给定值i_q ^*与q轴的电流实际值i_q作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压u_q0 ^*。

步骤105：将电压u_q0 ^*与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值Δu_q0 ^*相加，得到q轴的初始电压给定值u_q1 ^*。其中，电压补偿值Δu_q0 ^*由对q轴的电流给定值i_q ^*进行微分后再乘以相电感得到。

步骤106：将转子位置θ代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度ω。

步骤107：将反电势波形系数k_e与转子电角速度ω相乘，再与极对数作商，得到反电势e。

步骤108：将反电势电角速度倍比k_ω与转子电角速度ω相乘，得到反电势电角速度ω₁。

步骤109：利用反电势e、反电势电角速度ω₁、d轴的电流实际值i_d和q轴的电流实际值i_q，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值u_d ^*和最终的q轴的电压给定值u_q ^*。其中，将d、q轴初始电压给定值u_d1 ^*、u_q1 ^*和电流实际值i_d、i_q以及反电势e、反电势电角速度ω₁代入公式

得到最终的d、q轴电压给定值u_d ^*、u_q ^*。

步骤110：根据最终的d轴的电压给定值u_d ^*和最终的q轴的电压给定值u_q ^*，利用以反电势空间位置θ₁为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值u_A ^*、B相电压参考值u_B ^*和C相电压参考值u_C ^*。

步骤111：将A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

其中，反电势空间位置数据库的构建过程包括：

通过离线试验或有限元仿真，事先获得不同转子位置θ下的A相反电势e_A和转子机械角速度Ω。

将A相反电势e_A和转子机械角速度Ω相除，得到第一A相反电势系数k_A，建立不同转子位置下的A相反电势系数数据库，即k_A-θ数据库。

由转子位置通过查询A相反电势系数数据库得到当前转子位置下的第一A相反电势系数(即A相反电势系数)k_A(θ)、第二A相反电势系数(即B相反电势系数)k_A(θ-2π/3)和第三A相反电势系数(即C相反电势系数)k_A(θ+2π/3)。

根据第一A相反电势系数k_A(θ)、第二A相反电势系数k_A(θ-2π/3)和第三A相反电势系数k_A(θ+2π/3)，采用公式

得到当前转子位置下的反电势空间位置θ₁，进而得到反电势空间位置数据库，即θ₁-θ数据库。

反电势电角速度倍比数据库的构建过程包括：

利用反电势空间位置数据库即θ₁-θ数据库，采用公式

得到不同转子位置下的反电势电角速度倍比k_ω，进而得到反电势电角速度倍比数据库，即k_ω-θ数据库。

反电势波形系数数据库的构建过程包括：

由转子位置θ通过查询A相反电势系数数据库(k_A-θ数据库)得到当前转子位置θ下的第一A相反电势系数k_A(θ)、第二A相反电势系数k_A(θ-2π/3)和第三A相反电势系数k_A(θ+2π/3)。

根据第一A相反电势系数k_A(θ)、第二A相反电势系数k_A(θ-2π/3)和第三A相反电势系数k_A(θ+2π/3)，采用公式

得到当前转子位置下的反电势波形系数k_e，进而得到反电势波形系数数据库。

下面基于如图3所示的具体实施框图，对本发明上述提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法的具体实施过程进行说明。

本发明提供的上述控制方法的具体实施过程包括以下步骤：

(1)通过位置传感器确定无刷直流电机转子位置θ，分别查询反电势空间位置数据库、反电势电角速度倍比数据库、反电势波形系数数据库，得到反电势空间位置θ₁、反电势电角速度倍比k_ω、反电势波形系数k_e。

如图4所示，其为无刷直流电机A相理想反电势关于转子位置示意图。进一步地，如图5所示，其为在理想梯形波情况下反电势空间位置与转子位置的差值(θ₁-θ)关于转子位置示意图，获取方法如下：本发明对传统的旋转坐标变换进行改变与调整，仅将等功率3s/2r变换的变换矩阵[C]中的旋转角由θ调整为θ₁以满足d轴反电势为0的条件，得到了基于反电势坐标变换所需变换矩阵[C']，如下式所示：

进而理论推导得到任意时刻转子位置θ对应的合成反电势空间矢量角θ₁的大小：

其中，三相反电势公式如下：

式中，k_A、k_B、k_C分别为A、B、C三相反电势系数，Ω为转子机械角速度。

进一步地，反电势电角速度倍比k_ω数据库获得公式如下：

其中，

将反电势电角速度倍比k_ω定义为反电势空间位置θ₁对转子位置θ的导数，该数值是根据转子位置θ查询反电势空间位置数据库，并求导计算得到的。

如图6所示，其为在理想梯形波情况下反电势电角速度倍比k_ω关于转子位置θ示意图。

(2)通过电流传感器检测得到的两相电流实际值，利用以反电势空间位置θ₁为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d、q轴电流实际值i_d、i_q。

(3)将d轴电流给定值i_d ^*置为0，并与d轴电流实际值i_d作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴初始电压给定值u_d1 ^*。

(4)将给定电磁转矩T_e ^*与反电势波形系数k_e作商，得到q轴电流给定值i_q ^*。将q轴电流给定值i_q ^*与q轴电流实际值i_q作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压u_q0 ^*。将电压u_q0 ^*与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值Δu_q0 ^*相加，得到q轴初始电压给定值u_q1 ^*。

进一步地，如图7所示，其为在理想梯形波情况下反电势波形系数k_e关于转子位置θ示意图，其中q轴电流计算单元以电磁转矩给定值T_e ^*为输入，以q轴电流给定值i_q ^*为输出，推导公式如下，

式中反电势波形系数k_e是根据转子位置θ查询反电势波形系数数据库得到的值。

如图8所示，其为在理想梯形波情况下q轴电流给定值i_q ^*及电流实际值i_q示意图。

进一步地，由于任意时刻根据转子位置θ查询反电势波形系数k_e(θ)数据库，得到的数值会随着转子位置的变化发生不成比例的抖动，在这种情况下，电流PI控制器无法达到良好的跟踪效果，因此设立前馈补偿单元对电感压降进行前馈补偿，其电压补偿值为，

(5)将转子位置θ代入转速计算单元，计算出无刷直流电机的转子电角速度ω。将反电势波形系数k_e与转子电角速度ω相乘，再与极对数作商，得到反电势e。将反电势电角速度倍比k_ω与转子电角速度ω相乘，得到反电势电角速度ω₁。利用反电势e及其电角速度ω₁和d、q轴电流实际值i_d、i_q，对d、q轴初始电压给定值u_d1 ^*、u_q1 ^*进行解耦，得到最终的d、q轴电压给定值u_d ^*、u_q ^*。

进一步地，此时d、q旋转坐标系下的电压方程为：

式中，R为相电阻，L为等效相电感，P为微分算子。

其中反电势e大小为：

式中，n_p为电机极对数。

(6)将最终的d、q轴电压给定值u_d ^*、u_q ^*，利用以反电势空间位置θ₁为旋转角的旋转反坐标变换矩阵，得到A、B、C相电压参考值u_A ^*、u_B ^*、u_C ^*。经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路根据相应的触发信号驱动无刷直流电机运行。

如图9所示，其为在理想梯形波情况下检测到的三相电流实际值示意图。

基于这一实施方式能够得到，本发明提出改变变换矩阵中的旋转角的方法，运用离线实验或有限元仿真预先获得的数据库，做到了电磁转矩T_e只与实际q轴电流i_q有关的完全解耦控制，随后对q轴电流给定值i_q ^*进行前馈补偿并对d、q轴初始电压给定值u_d1 ^*、u_q1 ^*进行解耦，得到最终的d、q轴电压给定值u_d ^*、u_q ^*。

综上，本发明在建立的转子磁场定向d-q旋转坐标系下的无刷直流电机动态数学模型基础上，事先通过离线实验或有限元仿真建立了A相反电势系数数据库，并结合转子磁场定向d-q旋转坐标系下的无刷直流电机的d轴反电势为0的特征，离线获得反电势空间位置数据库、反电势电角速度倍比数据库、反电势波形系数数据库。首先在转子磁场定向d-q旋转坐标系下电磁转矩仅与q轴电流有关，实现了d、q两轴之间的转矩解耦。其次，由于d轴反电势为0，利用d轴电流对转矩无贡献的特点，通过置d轴电流给定值为0的输入，实现了最大转矩电流比控制。最后通过给定电磁转矩的输入，实现了转矩脉动的抑制，能够解决转矩脉动的问题、实现最大转矩电流比控制，具有结构简单、无需换相区检测、无需额外硬件、容易实现的特点。

此外，对应于上述提供的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，本发明还提供了一种无刷直流电机最大转矩电流比控制***。如图10所示，该控制***包括：参数确定模块1、电流实际值确定模块2、第一初始电压给定值确定模块3、电流给定值确定模块4、电压确定模块5、第二初始电压给定值确定模块6、转子电角速度确定模块7、反电势确定模块8、反电势电角速度确定模块9、电压给定值确定模块10、电压参考值确定模块11和控制模块12。

其中，参数确定模块1用于采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数。

电流实际值确定模块2用于采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值和q轴的电流实际值。

第一初始电压给定值确定模块3用于将d轴的电流给定值置为0，并与d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值。

电流给定值确定模块4用于将给定电磁转矩与反电势波形系数作商，得到q轴的电流给定值。

电压确定模块5用于将q轴的电流给定值与q轴的电流实际值作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压。

第二初始电压给定值确定模块6用于将电压与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值相加，得到q轴的初始电压给定值。

转子电角速度确定模块7用于将转子位置代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度。

反电势确定模块8用于将反电势波形系数与转子电角速度相乘，再与极对数作商，得到反电势。

反电势电角速度确定模块9用于将反电势电角速度倍比与转子电角速度相乘，得到反电势电角速度。

电压给定值确定模块10用于利用反电势、反电势电角速度、d轴的电流实际值和q轴的电流实际值，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值。

电压参考值确定模块11用于根据最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值，利用以反电势空间位置为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值。

控制模块12用于将A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，包括：

采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数；

采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以所述反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值和q轴的电流实际值；

将d轴的电流给定值置为0，并与所述d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值；

将给定电磁转矩与所述反电势波形系数作商，得到q轴的电流给定值；

将q轴的电流给定值与所述q轴的电流实际值作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压；

将所述电压与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值相加，得到q轴的初始电压给定值；

将转子位置代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度；

将所述反电势波形系数与转子电角速度相乘，再与极对数作商，得到反电势；

将所述反电势电角速度倍比与转子电角速度相乘，得到反电势电角速度；

利用所述反电势、所述反电势电角速度、d轴的电流实际值和q轴的电流实际值，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值；

根据最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值，利用以反电势空间位置为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值；

将所述A相电压参考值、所述B相电压参考值和所述C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述反电势空间位置数据库的构建过程包括：

通过离线试验或有限元仿真，事先获得不同转子位置下的A相反电势和转子机械角速度；

将所述A相反电势和所述转子机械角速度相除，得到A相反电势系数，建立不同转子位置下的A相反电势系数数据库；

由转子位置通过查询所述A相反电势系数数据库得到当前转子位置下的第一A相反电势系数、第二A相反电势系数和第三A相反电势系数；

根据所述第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数，采用公式

得到当前转子位置下的反电势空间位置，进而得到所述反电势空间位置数据库；

其中，k_A(θ)为第一A相反电势系数、k_A(θ-2π/3)为第二A相反电势系数、k_A(θ+2π/3)为第三A相反电势系数，θ₁为反电势空间位置，θ为转子位置。

3.根据权利要求2所述的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述反电势电角速度倍比数据库的构建过程包括：

利用所述反电势空间位置数据库，采用公式

得到不同转子位置下的反电势电角速度倍比，进而得到所述反电势电角速度倍比数据库；

其中，k_ω为反电势电角速度倍比。

4.根据权利要求2所述的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述反电势波形系数数据库的构建过程包括：

由转子位置通过查询所述A相反电势系数数据库得到当前转子位置下的第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数；

根据所述第一A相反电势系数、所述第二A相反电势系数和所述第三A相反电势系数，采用公式

得到当前转子位置下的反电势波形系数，进而得到所述反电势波形系数数据库；

其中，k_e为反电势波形系数。

5.根据权利要求1所述的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述电压补偿值由对q轴的电流给定值进行微分后再乘以相电感得到。

6.根据权利要求1所述的无刷直流电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦的方式包括：

将所述d轴的初始电压给定值、所述q轴的初始电压给定值和所述d轴的电流实际值、所述q轴的电流实际值以及所述反电势、所述反电势电角速度代入公式

得到所述最终的d轴的电压给定值和所述最终的q轴的电压给定值；

其中，u_d1 ^*为d轴的初始电压给定值，u_q1 ^*为q轴的初始电压给定值，i_d为d轴的电流实际值，i_q为q轴的电流实际值，e为反电势，ω₁为反电势电角速度。

7.一种无刷直流电机最大转矩电流比控制***，其特征在于，包括：

参数确定模块，用于采用位置传感器确定无刷直流电机的转子位置，从反电势空间位置数据库中获取反电势空间位置，从反电势电角速度倍比数据库中获取反电势电角速度倍比，以及从反电势波形系数数据库中获取反电势波形系数；

电流实际值确定模块，用于采用电流传感器检测得到两相电流实际值，并基于得到两相电流实际值利用以所述反电势空间位置为旋转角的旋转坐标变换矩阵，得到d轴的电流实际值和q轴的电流实际值；

第一初始电压给定值确定模块，用于将d轴的电流给定值置为0，并与所述d轴的电流实际值作差，经过d轴电流调节器ACDR得到d轴的初始电压给定值；

电流给定值确定模块，用于将给定电磁转矩与所述反电势波形系数作商，得到q轴的电流给定值；

电压确定模块，用于将q轴的电流给定值与所述q轴的电流实际值作差，经过q轴电流调节器ACQR得到电压；

第二初始电压给定值确定模块，用于将所述电压与经过前馈补偿单元得到的电压补偿值相加，得到q轴的初始电压给定值；

转子电角速度确定模块，用于将转子位置代入转速计算单元得到无刷直流电机的转子电角速度；

反电势确定模块，用于将所述反电势波形系数与转子电角速度相乘，再与极对数作商，得到反电势；

反电势电角速度确定模块，用于将所述反电势电角速度倍比与转子电角速度相乘，得到反电势电角速度；

电压给定值确定模块，用于利用所述反电势、所述反电势电角速度、d轴的电流实际值和q轴的电流实际值，对d轴的初始电压给定值和q轴的初始电压给定值进行解耦，得到最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值；

电压参考值确定模块，用于根据最终的d轴的电压给定值和最终的q轴的电压给定值，利用以反电势空间位置为旋转角的旋转反坐标变换矩阵得到A相电压参考值、B相电压参考值和C相电压参考值；

控制模块，用于将所述A相电压参考值、所述B相电压参考值和所述C相电压参考值经PWM发生器输入到功率变换电路中，功率变换电路生成触发信号以驱动无刷直流电机运行。

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