無(wú)刷直流電機(jī)由于體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于bldcm自身特點(diǎn)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，大大降低了其控制的準(zhǔn)確性，同時(shí)，開(kāi)關(guān)管、微處理器的應(yīng)用也提高了bldcm系統(tǒng)的成本。所以，人們長(zhǎng)期關(guān)注于如何提高bldcm的控制性能和降低系統(tǒng)成本，并在工程實(shí)踐中努力達(dá)到兩者之間的平衡。文獻(xiàn)[1]中提出了電流模型數(shù)字控制bldcm的方式，避免了傳統(tǒng)數(shù)字控制方式大量的計(jì)算，從而降低了工程實(shí)現(xiàn)的難度和成本，也更適合于大規(guī)模集成電路內(nèi)嵌該種數(shù)字控制策略，在對(duì)控制精度要求不高的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 　　 電流模型數(shù)字控制是將bldcm看作一個(gè)純粹的數(shù)字系統(tǒng)，通過(guò)比較實(shí)際速度和給定速度的大小來(lái)選擇合適的狀態(tài)，來(lái)達(dá)到控制轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的目的。如果調(diào)速的范圍過(guò)大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)必然加大，系統(tǒng)的性能受到影響。通過(guò)將調(diào)速范圍分成n段，提高速度采樣頻率，能夠有效的減小轉(zhuǎn)速波動(dòng)，達(dá)到較好的控制效果。這種改進(jìn)后的電流控制，除了具有原來(lái)控制方式的優(yōu)點(diǎn)外，還具有較高的控制精度。 電流模型數(shù)字控制概述 　　 電流模型數(shù)字控制是將bldcm作為一個(gè)只有兩個(gè)預(yù)設(shè)狀態(tài)的數(shù)字系統(tǒng)。狀態(tài)-1（s-1）和狀態(tài)-2（s-2）分別代表系統(tǒng)的高電平和低電平，相電流為系統(tǒng)的狀態(tài)變量。s-1（對(duì)應(yīng)相電流ih）作用于系統(tǒng)的效果為最高速度ωh，s-2（對(duì)應(yīng)相電流il）作用于系統(tǒng)的效果為最低速度ωl。實(shí)際轉(zhuǎn)速ω與給定轉(zhuǎn)速ω＊（相比較ωl<ω＊<ωh）比較后選擇合適的狀態(tài): 　　當(dāng)ω<ω＊時(shí)，選擇s-1 　　當(dāng)ω>ω＊時(shí)，選擇s-2 [align=center] 圖1　電流模型數(shù)字控制策略系統(tǒng)示意圖[/align] 如圖1所示，數(shù)字控制器在每個(gè)采樣周期內(nèi)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定之間的關(guān)系判斷系統(tǒng)所應(yīng)處于的狀態(tài)并選擇相應(yīng)的相電流值，電流滯環(huán)控制器根據(jù)狀態(tài)變量（相電流 ）的值來(lái)控制門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，進(jìn)而控制換相電路，使主電路達(dá)到相應(yīng)的相電流值。 bldcm的電磁轉(zhuǎn)矩[2,3]為: 式中，te為電磁轉(zhuǎn)矩，ea、eb、ec為a、b、c相反電動(dòng)勢(shì)，ia、ib、ic為a、b、c相相電流，kt為電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電流模型數(shù)字控制器選擇不同的狀態(tài)，相應(yīng)的bldcm相電流值也發(fā)生改變，由式（1）可知，其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)的變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也跟著改變，相電流狀態(tài)切換與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系如圖2所示。 [align=center] 圖2　相電流狀態(tài)切換與轉(zhuǎn)速關(guān)系示意圖[/align] 圖2中電流模型數(shù)字控制器的速度采樣頻率為ω/2π，即bldcm旋轉(zhuǎn)一周電機(jī)轉(zhuǎn)速采樣一次，周期為t=t1-t0,在t1時(shí)刻，實(shí)際轉(zhuǎn)速ω>ω＊，數(shù)字控制器將系統(tǒng)由s-1狀態(tài)切換為s-2狀態(tài)，相電流由ih變?yōu)閕l，轉(zhuǎn)速開(kāi)始減小。令: t=t1時(shí) ω=ωmax　　 t=t’1時(shí) ω=ω’max　　 　　 若速度采樣周期變?yōu)閠’=t’1-t0，則系統(tǒng)狀態(tài)在t=t’1時(shí)切換，由圖2可知，ωmax>ω’max，即速度采樣頻率增大則轉(zhuǎn)速波動(dòng)減小。 　　 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 bldcm運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為: te-tl-bω= （2） 式中，te為電磁轉(zhuǎn)矩，tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，b為阻尼系數(shù)，ω為電機(jī)機(jī)械角速度，j為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。穩(wěn)態(tài)時(shí)，由式（2）可得:te-tl-bω=0 （3） 　　 由式（1）和式（3）可得轉(zhuǎn)速與電流之間的關(guān)系為: 由式（4）可知負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl一定時(shí)，不同的電流值產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)速度是不同的;電流is一定時(shí)不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電流也是不同的。 當(dāng)i=ih時(shí): 當(dāng)i=il時(shí): 由（5）式和（6）式得:δω=ωh-ωl∝ih-il　 （7） 　　 由式（7）可知轉(zhuǎn)速范圍與電流范圍成正比，調(diào)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(zhuǎn)速采樣頻率則轉(zhuǎn)速波動(dòng)減小。這就要求在極短時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)由ih切換至il。若調(diào)速范圍比較大，則ih與il的差值就較大，由于bldcm系統(tǒng)中電感的存在，使得在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的相電流切換比較困難，因此為保證調(diào)速范圍的要求，采用分段電流控制[4]。將整個(gè)調(diào)速范圍分成n段，這樣保證在第n段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)inh與inl差值足夠小以實(shí)現(xiàn)電流切換。將轉(zhuǎn)速ω作為變量來(lái)表示電流值i，（4）式可以寫(xiě)成: 由式（8）可知，在ωnl-ωnh范圍內(nèi)，當(dāng)ω=ωnh且負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl取最大值tlmsx時(shí)， is取得此范圍內(nèi)最大值inh。同時(shí)，由于bldcm系統(tǒng)參數(shù)誤差等因素存在，取一定余量a，則inh為: 同理，當(dāng)ω=ωnl且負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl取最小值tlmin時(shí)，is取得最小值inl: 需要按照設(shè)計(jì)要求和無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)合理的設(shè)定數(shù)值控制器參數(shù)。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(shí)，可通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速分段的大小來(lái)調(diào)節(jié)差值大小，使其符合設(shè)計(jì)要求。具體過(guò)程如圖2所示: [align=center] 圖3　控制器參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程示意圖[/align] 結(jié)語(yǔ) 　　 電流模型數(shù)字控制無(wú)刷直流電機(jī)與傳統(tǒng)數(shù)字控制方式相比，降低了工程實(shí)現(xiàn)的難度和成本，但是轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，限制了其應(yīng)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(wèn)題，仿真實(shí)驗(yàn)證明方案是有效的。但是，分段式電流控制其負(fù)載范圍過(guò)小，限制了其再更廣泛領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。