無刷直流電機由于體積小、結構簡單、可靠性高、輸出轉矩大、動態(tài)性能好等特點而得到了越來越廣泛的應用。由于bldcm自身特點所產生的轉矩脈動，大大降低了其控制的準確性，同時，開關管、微處理器的應用也提高了bldcm系統的成本。所以，人們長期關注于如何提高bldcm的控制性能和降低系統成本，并在工程實踐中努力達到兩者之間的平衡。文獻[1]中提出了電流模型數字控制bldcm的方式，避免了傳統數字控制方式大量的計算，從而降低了工程實現的難度和成本，也更適合于大規(guī)模集成電路內嵌該種數字控制策略，在對控制精度要求不高的領域有著廣泛的應用前景。 　　 電流模型數字控制是將bldcm看作一個純粹的數字系統，通過比較實際速度和給定速度的大小來選擇合適的狀態(tài)，來達到控制轉速或轉矩的目的。如果調速的范圍過大，產生的轉速脈動必然加大，系統的性能受到影響。通過將調速范圍分成n段，提高速度采樣頻率，能夠有效的減小轉速波動，達到較好的控制效果。這種改進后的電流控制，除了具有原來控制方式的優(yōu)點外，還具有較高的控制精度。 電流模型數字控制概述 　　 電流模型數字控制是將bldcm作為一個只有兩個預設狀態(tài)的數字系統。狀態(tài)-1（s-1）和狀態(tài)-2（s-2）分別代表系統的高電平和低電平，相電流為系統的狀態(tài)變量。s-1（對應相電流ih）作用于系統的效果為最高速度ωh，s-2（對應相電流il）作用于系統的效果為最低速度ωl。實際轉速ω與給定轉速ω＊（相比較ωl<ω＊<ωh）比較后選擇合適的狀態(tài): 　　當ω<ω＊時，選擇s-1 　　當ω>ω＊時，選擇s-2 [align=center] 圖1　電流模型數字控制策略系統示意圖[/align] 如圖1所示，數字控制器在每個采樣周期內根據實際轉速與給定之間的關系判斷系統所應處于的狀態(tài)并選擇相應的相電流值，電流滯環(huán)控制器根據狀態(tài)變量（相電流 ）的值來控制門極驅動信號輸出，進而控制換相電路，使主電路達到相應的相電流值。 bldcm的電磁轉矩[2,3]為: 式中，te為電磁轉矩，ea、eb、ec為a、b、c相反電動勢，ia、ib、ic為a、b、c相相電流，kt為電磁轉矩常數。電流模型數字控制器選擇不同的狀態(tài)，相應的bldcm相電流值也發(fā)生改變，由式（1）可知，其產生的電磁轉矩也發(fā)生相應的變化，電動機的轉速也跟著改變，相電流狀態(tài)切換與轉速之間關系如圖2所示。 [align=center] 圖2　相電流狀態(tài)切換與轉速關系示意圖[/align] 圖2中電流模型數字控制器的速度采樣頻率為ω/2π，即bldcm旋轉一周電機轉速采樣一次，周期為t=t1-t0,在t1時刻，實際轉速ω>ω＊，數字控制器將系統由s-1狀態(tài)切換為s-2狀態(tài)，相電流由ih變?yōu)閕l，轉速開始減小。令: t=t1時 ω=ωmax　　 t=t’1時 ω=ω’max　　 　　 若速度采樣周期變?yōu)閠’=t’1-t0，則系統狀態(tài)在t=t’1時切換，由圖2可知，ωmax>ω’max，即速度采樣頻率增大則轉速波動減小。 　　 數字控制器設計及參數設定 bldcm運動學公式為: te-tl-bω= （2） 式中，te為電磁轉矩，tl為負載轉矩，b為阻尼系數，ω為電機機械角速度，j為轉動慣量。穩(wěn)態(tài)時，由式（2）可得:te-tl-bω=0 （3） 　　 由式（1）和式（3）可得轉速與電流之間的關系為: 由式（4）可知負載轉矩tl一定時，不同的電流值產生的穩(wěn)態(tài)速度是不同的;電流is一定時不同的負載轉矩對應的穩(wěn)態(tài)電流也是不同的。 當i=ih時: 當i=il時: 由（5）式和（6）式得:δω=ωh-ωl∝ih-il　 （7） 　　 由式（7）可知轉速范圍與電流范圍成正比，調速范圍增大，ih與il的差值也加大。 　　 前面討論可知，提高電流控制轉速采樣頻率則轉速波動減小。這就要求在極短時間內，系統由ih切換至il。若調速范圍比較大，則ih與il的差值就較大，由于bldcm系統中電感的存在，使得在極短時間內實現較大的相電流切換比較困難，因此為保證調速范圍的要求，采用分段電流控制[4]。將整個調速范圍分成n段，這樣保證在第n段轉速范圍內inh與inl差值足夠小以實現電流切換。將轉速ω作為變量來表示電流值i，（4）式可以寫成: 由式（8）可知，在ωnl-ωnh范圍內，當ω=ωnh且負載轉矩tl取最大值tlmsx時， is取得此范圍內最大值inh。同時，由于bldcm系統參數誤差等因素存在，取一定余量a，則inh為: 同理，當ω=ωnl且負載轉矩tl取最小值tlmin時，is取得最小值inl: 需要按照設計要求和無刷直流電機系統參數合理的設定數值控制器參數。分段電流控制中第n段最高電流值和最低電流值差值較大時，可通過調整轉速分段的大小來調節(jié)差值大小，使其符合設計要求。具體過程如圖2所示: [align=center] 圖3　控制器參數設計過程示意圖[/align] 結語 　　 電流模型數字控制無刷直流電機與傳統數字控制方式相比，降低了工程實現的難度和成本，但是轉速波動較大，限制了其應用范圍。分段式電流控制在不增加其工程難度的情況下，很好的解決了這一問題，仿真實驗證明方案是有效的。但是，分段式電流控制其負載范圍過小，限制了其再更廣泛領域內的應用。