基于改進(jìn)型MPC策略的BLDCM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制*

白國(guó)長(zhǎng)，馬超群，婁 軻

(鄭州大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，鄭州 450001)

0 引言

無(wú)刷直流電機(jī)(brushless DC motor)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)使其在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。由于本身結(jié)構(gòu)、控制方式等原因，BLDC在工作運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)全速工作時(shí)的抖動(dòng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)，影響工作精度，嚴(yán)重抑制BLDC在高精度場(chǎng)合的應(yīng)用。其中由換相過程中產(chǎn)生的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可能達(dá)到平均轉(zhuǎn)矩的50%。因此研究BLDC換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制方法一直是熱點(diǎn)[3-10]。

LIU等[11]通過提出構(gòu)造轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)觀測(cè)器的最優(yōu)控制算法，實(shí)現(xiàn)了低速運(yùn)行階段無(wú)刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制。龔文倩等[12]通過對(duì)直流路電壓進(jìn)行調(diào)整和增加SEPIC斬波電路來使直流側(cè)電壓和反電動(dòng)勢(shì)保持正比關(guān)系，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。王曉遠(yuǎn)等[13]將電流預(yù)測(cè)控制與PWM_ON法相結(jié)合，分別計(jì)算出開通相和關(guān)斷相的占空比，對(duì)電流進(jìn)行控制，來減小電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。李?yuàn)W等[14]提出一種基于Buck變換器的無(wú)刷直流電機(jī)四閉環(huán)控制方法，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、相電流、Buck變換器輸出電壓以及電感電流進(jìn)行閉環(huán)控制，進(jìn)而降低了換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。白國(guó)長(zhǎng)等[15]提出了一種準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)三相四開關(guān)逆變器的容錯(cuò)方法，從而抑制無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)故障容錯(cuò)切換后的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

本文對(duì)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)原理進(jìn)行分析，提出了一種控制非換相相電流的改進(jìn)型模型預(yù)測(cè)控制(MPC)策略。通過該策略預(yù)測(cè)非換相相電流和電磁轉(zhuǎn)矩值，使用代價(jià)函數(shù)(cost function)最小化上述預(yù)測(cè)參數(shù)的誤差平方，并基于最小代價(jià)推導(dǎo)出開關(guān)管的最佳切換狀態(tài)，保持非換相相電流的恒定，以此來實(shí)現(xiàn)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制。……