無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、永磁無刷直流電機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、控制簡(jiǎn)單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)一般采用三相六狀態(tài)120°導(dǎo)通方式，需要位置傳感器在一個(gè)電周期內(nèi)檢測(cè)到六個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)以便對(duì)三相繞組進(jìn)行換相控制。然而，位置傳感器增大了電機(jī)的成本和體積，易受外界信號(hào)干擾，降低了系統(tǒng)的可靠性，因此對(duì)無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制技術(shù)的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文以永磁無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制為研究?jī)?nèi)容，針對(duì)在無位置

2、傳感器條件下的無刷直流電機(jī)控制的幾個(gè)關(guān)鍵問題，即轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法、PWM 控制策略、電機(jī)起動(dòng)控制方法、轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)誤差及其補(bǔ)償分析、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略等進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 反電動(dòng)勢(shì)法因原理簡(jiǎn)單、方法可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的主要方法。本文在分析傳統(tǒng)的反電動(dòng)勢(shì)過零檢測(cè)需要虛擬電機(jī)繞組中點(diǎn)方法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的相反電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)理論。該方法拋棄了傳統(tǒng)的反電動(dòng)勢(shì)硬件檢測(cè)原理，只通過檢測(cè)無刷

3、直流電機(jī)任意兩路線電壓，經(jīng)軟件實(shí)時(shí)計(jì)算后，就可以得到未導(dǎo)通相反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要構(gòu)造虛擬的電機(jī)中點(diǎn)和信號(hào)深度濾波電路，具有簡(jiǎn)易性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)。
　　 在對(duì)無刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形分析的基礎(chǔ)上，提出了一種利用線反電動(dòng)勢(shì)過零原理來獲得轉(zhuǎn)子位置的新方法。該方法通過波形定性分析和傅立葉級(jí)數(shù)定量推導(dǎo)，均得出線反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)的電子換相點(diǎn)這一結(jié)論。對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)波形為任意平頂寬度的梯形波或正弦波，只要三相反電動(dòng)勢(shì)

4、波形對(duì)稱，該方法均適用于轉(zhuǎn)子位置的估算。在此基礎(chǔ)上，為減小對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴，提出了一種簡(jiǎn)化實(shí)用的線反電動(dòng)勢(shì)法來估算轉(zhuǎn)子位置。該方法只依賴于電機(jī)定子電阻，并對(duì)定子電阻參數(shù)不敏感，無需30°相位延遲和上一次換相信息，具有理論和工程應(yīng)用價(jià)值。分析和比較了無刷直流電機(jī)兩兩導(dǎo)通控制的八種PWM 調(diào)制方式。通過對(duì)各種PWM 方式下非換相期間非導(dǎo)通相電流續(xù)流情況進(jìn)行的理論推導(dǎo)，分別得到與上述轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法各自對(duì)應(yīng)的PWM 調(diào)制方式。
　　

5、電機(jī)起動(dòng)控制問題是無位置傳感器控制技術(shù)的另一難點(diǎn)。本文基于定子鐵心飽和法原理，提出了一種新的起動(dòng)控制方法：即利用兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通得到的12個(gè)電壓矢量脈沖施加到定子端，并通過檢測(cè)各相定子電流峰值來判斷定子電感的變化，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子初始位置所在的30°區(qū)間，再通過施加特定的電壓矢量將轉(zhuǎn)子精確地定位到換相位置。在此基礎(chǔ)上，通過升壓升頻原理順序起動(dòng)電機(jī)，一旦檢測(cè)到線反電動(dòng)勢(shì)過零，即可切換到無位置傳感器控制方式。研究表明，這種方法電機(jī)起動(dòng)可靠，易

6、于工程實(shí)現(xiàn)。
　　 詳細(xì)分析了電機(jī)參數(shù)變化、電壓電流采樣誤差、濾波電路相位延遲對(duì)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)誤差帶來的影響。提出了一種利用最小二乘法原理來擬合線性函數(shù)的方法進(jìn)行相位延遲開環(huán)補(bǔ)償，并根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)波形的對(duì)稱性提出了一種轉(zhuǎn)子位置誤差閉環(huán)校正方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的實(shí)用性。
　　 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無刷直流電機(jī)兩兩導(dǎo)通方式固有的缺點(diǎn)。在無位置傳感器控制下，由于轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)的誤差，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有可能進(jìn)一步增大。本文分析了相反電動(dòng)勢(shì)平