無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)探究研究

《無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)探究研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)探究研究　　摘要針對(duì)無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，采用在PWM關(guān)斷時(shí)刻進(jìn)行反電動(dòng)勢檢測，從電機(jī)端部獲得反電動(dòng)勢過零點(diǎn)信號(hào)，提高了位置檢測的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，拓展了電機(jī)的調(diào)速范圍。對(duì)提出的位置檢測方案進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，所提出的方案具有較好的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞無刷直流電機(jī)；反電動(dòng)勢檢測；無位置傳感器；PWM控制中圖分類號(hào)：TM301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597（2013）20-0139-01無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率高、調(diào)速性能較好且結(jié)

2、構(gòu)簡單易于控制，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儀器儀表等行業(yè)。而無位置傳感器控制方式提高了系統(tǒng)的可靠性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本更低，從而進(jìn)一步擴(kuò)展了無刷直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和生產(chǎn)規(guī)模。因此，無刷直流電機(jī)無位置傳感器的控制是國內(nèi)外較為熱門的研究課題。1無刷直流電機(jī)的控制策略4無刷直流電機(jī)系統(tǒng)通常采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，其中速度環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。在雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)主要是調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)。輸出值由電流環(huán)給定，實(shí)現(xiàn)電流的跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)，并抑制電機(jī)的擾動(dòng)。電流環(huán)和速

3、度環(huán)都采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)，都是通過控制PWM信號(hào)的占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和電流控制。在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，我們要先調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)，在調(diào)節(jié)外環(huán)。參數(shù)的選取主要取決于系統(tǒng)的不同要求。在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，我們要調(diào)節(jié)電流環(huán)，電流環(huán)穩(wěn)定后，將其輸出作為速度環(huán)的給定，再去調(diào)節(jié)速度環(huán)。本文采用直接反電動(dòng)勢過零檢測。該方法采用上橋臂PWM，下橋臂恒通的策略，在上橋臂PWM關(guān)斷時(shí)檢測反電動(dòng)勢信號(hào)。由于是在PWM關(guān)斷的期間進(jìn)行過零檢測，因此不含有高頻噪聲的干擾，可以得到準(zhǔn)確過零點(diǎn)。檢測到反電動(dòng)勢過零點(diǎn)后，延遲

4、30°才是我們需要的電機(jī)換相點(diǎn)。無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方式采用三段式啟動(dòng)技術(shù)：轉(zhuǎn)子定位、加速運(yùn)行和自同步切換。通過程序選擇預(yù)定的兩相繞組導(dǎo)通，以PWM控制繞組電流，讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到預(yù)定位置附近。利用PWM控制對(duì)其占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高電機(jī)外部施加的電壓值，直到可以檢測到反電動(dòng)勢過零點(diǎn)。當(dāng)可以檢測到連續(xù)的反電動(dòng)勢過零點(diǎn)后，電機(jī)就可以切換到自同步換相狀態(tài)。2仿真結(jié)果及分析電機(jī)的參數(shù)為：Rs=2.875Ω，Ldq=8.5mH，轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)Pn=2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J為0.0008kg·m2，額定轉(zhuǎn)速為30004r/min，仿真

5、時(shí)間設(shè)定為0.1s。直流母線電壓為300V，開關(guān)頻率為10kHz。從圖1仿真波形不難看出，直流無刷電機(jī)的反電動(dòng)勢波形為梯形波，平頂寬度為120°，同時(shí)三相反電動(dòng)勢相位相差120°，與電機(jī)理論的波形相符。仿真波形可以看出，電流波形基本為方波，轉(zhuǎn)速較為平穩(wěn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速大約在0.03S后逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。存在這些現(xiàn)象的原因：1）電機(jī)的換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；2）電機(jī)的齒槽效應(yīng)；3）電機(jī)電感限制了電流的變化，所以得到的電流并不是理想的矩形波。當(dāng)改變負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)能夠相應(yīng)的做出調(diào)整，達(dá)到穩(wěn)態(tài)。仿真結(jié)果表明：無刷直流電

6、機(jī)控制系統(tǒng)有效可行，得到的波形與理論相符。圖1反電動(dòng)勢與電流波形3實(shí)驗(yàn)波形圖2電流波形圖3端電壓和換相信號(hào)波形通過前面的理論分析、系統(tǒng)的建模仿真以及軟硬件的設(shè)計(jì)，對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。該設(shè)計(jì)以無刷直流電機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)過程所需的無刷直流電機(jī)電機(jī)參數(shù)為：磁極對(duì)數(shù)為4，額定功率為1kW。以下圖形均是在開關(guān)頻率為10kHz下測得的，圖2為負(fù)載54N·m，電機(jī)轉(zhuǎn)速為500r·min-1時(shí)電機(jī)的實(shí)測A相電流波形，圖3為在相同情況下測得的電機(jī)端電壓波形。4結(jié)束語本文采用直接電動(dòng)勢過零法檢測轉(zhuǎn)子位置，三段式啟動(dòng)技

7、術(shù)，并以matlab/simulink為平臺(tái)，搭建了無位置傳感器無刷直流電機(jī)的系統(tǒng)模型。仿真結(jié)果表明：波形符合理論分析，系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，具有較高的調(diào)速范圍，驗(yàn)證了該策略可行性，且檢測電路簡單，由于是在PWM關(guān)斷時(shí)檢測反電動(dòng)勢過零點(diǎn)，避免了高頻信號(hào)的干擾，因此不會(huì)產(chǎn)生相移。解決了傳統(tǒng)反電動(dòng)勢法收到高頻信號(hào)干擾且會(huì)產(chǎn)生相移等問題，適合芯片的集成，從而為無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]譚建強(qiáng).永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011：278-279.[2]鄒繼斌，

8、江善林，張洪亮.一種新型的無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009.4