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(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(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算，從而降低了工程實現(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(shù)字控制是將bldcm看作一個純粹的數(shù)字系統(tǒng)，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(chǎn)生的轉速脈動必然加大，系統(tǒng)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(shù)字控制概述 　　 電流模型數(shù)字控制是將bldcm作為一個只有兩個預設狀態(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（對應相電流ih）作用于系統(tǒng)的效果為最高速度ωh，s-2（對應相電流il）作用于系統(tǒng)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(shù)字控制策略系統(tǒng)示意圖[/align] 如圖1所示，數(shù)字控制器在每個采樣周期內(nèi)根據(jù)實際轉速與給定之間的關系判斷系統(tǒng)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(jù)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(shù)。電流模型數(shù)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(chǎn)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(shù)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(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(tǒng)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(shù)字控制器設計及參數(shù)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(shù)，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(chǎn)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(nèi)，系統(tǒng)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(tǒng)中電感的存在，使得在極短時間內(nèi)實現(xiàn)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(nèi)inh與inl差值足夠小以實現(xiàn)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(nèi)，當ω=ωnh且負載轉矩tl取最大值tlmsx時， is取得此范圍內(nèi)最大值inh。同時，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(tǒng)參數(shù)合理的設定數(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，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(shù)設計過程示意圖[/align] 結語 　　 電流模型數(shù)字控制無刷直流電機與傳統(tǒng)數(shù)字控制方式相比，降低了工程實現(xiàn)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(nèi)的應用。