(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210844493.1 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 湖南大学 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路1号 (72)发明人 周长江　方安舒　乔自珍　 (74)专利代理 机构 湖南岑信知识产权代理事务 所(普通合伙) 43275 专利代理师 刘洋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑无刷直流电机非理想换向机电耦 合建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑无刷直流电机非理 想换向机电耦合建模方法， 该方法包括如下步 骤： 步骤一、 考虑无刷直流电机在使用六步换向 法控制时由于电感的存在和非理性换向引起的 电磁转矩波动； 步骤二、 考虑 齿轮时变啮合刚度、 啮合误差、 啮合阻尼、 扭转刚度、 扭转阻尼， 利用 集中系数法， 建立四自由度齿轮扭转振动模型； 步骤三、 根据所述转矩波动和四自由度齿轮扭转 振动模型， 通过耦合变量 ‑电磁转矩Te建立电机 模型与机械系统 ‑齿轮受迫振动模型的联系， 得 到机电耦合动力学模型。 本发明的有益效果： 实 现精确机电耦合数学模型的建立， 为后续高精度 控制提供了坚实的模型基础与数值分析。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115186496 A 2022.10.14 CN 115186496 A 1.一种考虑无刷直流电机非理想换向机电耦合建模方法， 其特征在于， 该方法包括如 下步骤： 步骤一、 考虑无刷直流电机在使用六步换向法控制时由于电感的存在和非理性换向引 起的电磁转矩波动， 其中， 所述无刷直流电机为三相电机， 包括A相、 B相和 C相， 电磁转矩在 一个换向周期内随时间的函数关系为： 其中， E为反电动势， U为， 时间常数 L为电机各相等效电感， R为电机各相等效电 阻； KE为反电动势常数， t1为第一阶段A相电流降为0时的时刻， I0为初始电流， Ir为只考虑电 阻时的电流， I1为t1时刻 B相和C相的电流； 步骤二、 考虑齿轮时变啮合刚度、 啮合误差、 啮合阻尼、 扭转刚度、 扭转阻尼， 利用集中 系数法， 建立四自由度齿轮扭转振动模型， 该模型由以下动力学 方程表示： 其中， J1、 J2、 JL、 JM分别为齿轮1、 齿轮2、 负载以及电机转子转动惯量， k1、 k2为轴扭转刚 度， c1、 c2为扭转阻尼， TL为负载转矩； 步骤三、 根据所述转矩波动和四自由度齿轮扭转振动模型， 通过耦合变量 ‑电磁转矩Te 建立电机模型与机械系统 ‑齿轮受迫振动模型的联系， 得到机电耦合动力学模型， 该模型由 以下方程表示： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115186496 A 22.根据权利要求1所述的一种考虑无刷直流电机非理想换向机电耦合建模方法， 其特 征在于： 在步骤一中， 所述无刷直 流电机的驱动电路采用三相星型接法。 3.根据权利要求2所述的一种考虑无刷直流电机非理想换向机电耦合建模方法， 其特 征在于： 在步骤一中， 非理性换向的换向过程包括第一阶段和第二阶段两个阶段， 具体为： 第一阶段： A相断开至其相电流降为0， 设时间为t1， 此时各相反电动势为： eb＝‑ec＝E 其中， E为反电动势， T为； 根据基尔霍夫电压与电流定律： ia+ib+ic＝0 考虑一般情况 下时间t1远小于时间常数τ进行简化， 设初始条件为： ia(0)＝‑ic(0)＝I0 ib(0)＝0 解得ia、 ib、 ic与时间t的关系为： 当ia＝0时， A相电流降为0， 此时： 在t1时刻， B相与C相的电流 为： 第二阶段： A相电流为0， 表现为断开， B、 C相电流继续上升， 根据基尔霍夫电压与电流定 律： ib+ic＝0 此时初始条件为： ib(t1)＝‑ic(t1)＝I1权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115186496 A 3