無刷直流電機(jī)概述

1、無刷直流電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展綜述 趙聰 S （北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院，北京 ）摘要：無刷直流電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。本文主要對(duì)直流無刷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行理論分析，并基于電機(jī)模型討論了目前主要使用的幾種控制方法，最后闡述了當(dāng)前無刷直流電機(jī)的研究熱點(diǎn)。關(guān)鍵字：無刷直流電機(jī)；控制技術(shù)；智能控制 The review of brushless dc motor control technology progressZHAOCong(College of electric control, Beijing University of Technology, Beijing ,

2、China)Abstract:Due to the advantage of simple driven, high efficiency, and high power density，brushless DC motor is used more and more widely . This paper analyses the theory of brushless dc motor, then based on motor model to discusses the current main use of several control methods, finally expoun

3、ds the current research hotspots of brushless dc motor.Key words: brushless dc motor；control technology；intelligent control引言 直流無刷電動(dòng)機(jī)最本質(zhì)的特征就是沒有機(jī)械換向器和電刷所構(gòu)成的在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械接觸式換流機(jī)構(gòu)，而代之以永磁轉(zhuǎn)子刺激位置傳感器電子邏輯電路和功率開關(guān)線路共同組成的電子換向器，實(shí)現(xiàn)了直流電動(dòng)機(jī)由直流電源供電逆變成電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)部的交變電流，從而實(shí)現(xiàn)幾點(diǎn)能量轉(zhuǎn)換，把電能變成機(jī)械能。 隨著新型大功率器件的發(fā)展、永磁材料性能的改善、價(jià)格的降低，直流無刷電動(dòng)機(jī)在各大領(lǐng)

4、域中都得到廣泛的應(yīng)用，其控制技術(shù)的研究也因此成為當(dāng)今社會(huì)一大研究熱點(diǎn)。1. BLDCM基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.1基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)思想來源于利用電子開關(guān)電路代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器。普通有刷直流電機(jī)電刷起換相作用，使主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的方向在電機(jī)運(yùn)行過程中始終保持互相垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不停運(yùn)轉(zhuǎn)。無刷直流電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無機(jī)械接觸換相，取消了電刷，將電樞繞組和永磁磁鋼分別放在定子和轉(zhuǎn)子側(cè)，成為“倒裝式直流電機(jī)”結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制，無刷直流電機(jī)必須具有由轉(zhuǎn)子位置傳感器、控制電路及功率逆變橋共同構(gòu)成的換相裝置。其原理框圖如圖1.1所示。 圖1.1無刷直流電動(dòng)

5、機(jī)原理框圖 與其他類型電機(jī)相比，無刷直流電機(jī)采用方波勵(lì)磁形式，提高了永磁材料的利用率，減小了電機(jī)體積，增大了電機(jī)出力，具有高效率、高可靠性的特點(diǎn)。因此，無刷直流電機(jī)在提高幾點(diǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)其使用壽命、節(jié)能降耗等方面具有重要意義12。1.2工作原理 由于無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有電刷和換向器,它的繞組里電流的通、斷是通過電子換向電路及功率放大器實(shí)現(xiàn)的。要在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩,就應(yīng)使電樞電流隨磁場(chǎng)位置的變化而變化。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),就需要確認(rèn)磁極與繞組之間的相對(duì)位置信息。一般采用位置傳感器來完成,由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后去驅(qū)動(dòng)功率器件,控制相應(yīng)繞組電流的通、斷。與有刷直流

6、電動(dòng)機(jī)不同,無刷直流電動(dòng)機(jī)的永久磁鋼磁極安放在轉(zhuǎn)子上,而電樞繞組安裝在定子上。位置傳感器也有相應(yīng)的兩部分,轉(zhuǎn)動(dòng)部分和電動(dòng)機(jī)本體中轉(zhuǎn)子同軸連接(轉(zhuǎn)動(dòng)部分通常由電機(jī)轉(zhuǎn)子代替),固定部分與定子相連。圖1.2無刷直流電機(jī)原理示意圖如圖1.2所示,在電動(dòng)機(jī)裝配過程中,首先調(diào)整好位置傳感器的三個(gè)信號(hào)元件(a、b、c)與電機(jī)定子三相繞組(AX,BY,CZ)之間的相對(duì)位置,使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)到定子某相繞組下時(shí),該相繞組才導(dǎo)通,以保證轉(zhuǎn)子磁極下的繞組導(dǎo)體電流方向始終保持一致。圖中,當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子N極位于A(a)處,則傳感器a元件感應(yīng)出信號(hào),使功率晶體管V1導(dǎo)通,A相繞組中便有電流通過,設(shè)其方向?yàn)锳(流入)、X(流出)

7、,便產(chǎn)生水平向左的定子磁場(chǎng),與向上的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);當(dāng)N極旋轉(zhuǎn)至B(b)處,b元件輸出信號(hào)使晶體管V2導(dǎo)通而其余關(guān)斷,B相繞組通過電流,同樣產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩,當(dāng)磁極旋轉(zhuǎn)至C(c)處,其動(dòng)作過程與前兩處相同。如此反復(fù)循環(huán),.電動(dòng)機(jī)即可旋轉(zhuǎn)起來。由于傳感器元件安裝位置為空間互差120電角度,因此三相繞組輪流通電時(shí)間也因?yàn)槊肯?20。因?yàn)楣β示w管的導(dǎo)通和截止是通過位置傳感器傳感信號(hào)來控制的,所以傳感器的位置和三相繞組位置之間必須有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng),在電機(jī)安裝時(shí)應(yīng)加以注意2。2.功率驅(qū)動(dòng)方式 根據(jù)直流無刷電機(jī)定子繞組與換相開關(guān)之間聯(lián)結(jié)方式的不同以及換相開關(guān)結(jié)構(gòu)的

8、不同，可以把對(duì)直流無刷電機(jī)的控制分為兩類：一類是半橋型控制結(jié)構(gòu)，另一類是全橋型控制結(jié)構(gòu)。全橋式又分為兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式。除這兩種常見功率驅(qū)動(dòng)方式外，在有些無刷直流電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合，為了實(shí)現(xiàn)較好的控制性能，又要求系統(tǒng)成本低、安裝尺寸小等，也存在使用C-Dump式驅(qū)動(dòng)電路、H橋式、四開關(guān)等驅(qū)動(dòng)電路，詳見12和9。3.無刷直流電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展3.1脈沖寬度調(diào)制技術(shù) 3.1.1PWM技術(shù)原理由于全控性電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，不僅使得你變電路的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，而且在控制策略上與晶閘管類的半控型器件相比，也有著根本的不同，由原來的相位控制技術(shù)改變?yōu)槊}沖寬度控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱為PWM技術(shù)。采用PWM方式構(gòu)成的逆

9、變器，其輸入為固定不變的直流電壓，可以通過PWM技術(shù)在同一逆變器中既實(shí)現(xiàn)調(diào)壓又實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。對(duì)應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用見2。直流無刷電機(jī)在三相六狀態(tài)導(dǎo)通方式下，有多種斬波形式，根據(jù)每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài) PWM 作用管子數(shù)目的不同，把 PWM 調(diào)制方式分成兩大類，一類是“雙斬”方式，通常也稱作 H_PWM-L_PWM 控制方式，每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)控制器上、下橋臂的功率管全部進(jìn)行 PWM 調(diào)制；另一類是“單斬”方式，在三相六狀態(tài)的任意一個(gè)狀態(tài)區(qū)間內(nèi)只對(duì)上橋臂或者是只對(duì)下橋臂的一個(gè)功率管進(jìn)行PWM 斬波控制。不同類型的斬波方式對(duì)系統(tǒng)有不同的影響，具體細(xì)節(jié)參照7和9。3.1.2正弦波脈寬調(diào)制工程實(shí)際用的很多是正弦PWM法，它是在每半

10、個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對(duì)應(yīng)正弦波各相應(yīng)局部波形下的面積。SPWM方式的控制方法可分為多種。從實(shí)現(xiàn)的途徑可分為硬件電路與軟件編程兩種類型；而從工作原理上則可按調(diào)制脈沖的極性關(guān)系和控制波與載波間的頻率關(guān)系來分類：按調(diào)制脈沖極性關(guān)系可分為單極性SPWM和雙極性SPWM。由于直流無刷電動(dòng)機(jī)控制策略一般使用的是方形波，所以一般不使用SPWM技術(shù)，在永磁同步電機(jī)及異步電機(jī)控制中常使用SPWM技術(shù)。3.2直流無刷電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制目前的無刷電機(jī)控制策略多是通過控制電流的方法間接控制轉(zhuǎn)矩,屬于轉(zhuǎn)矩的開環(huán)控制,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方

11、法。它以電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為控制對(duì)象,將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)視為可測(cè)干擾,根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差,通過轉(zhuǎn)矩控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的直接控制,具有轉(zhuǎn)矩控制的高動(dòng)態(tài)性。若能采取正確合適的直接轉(zhuǎn)矩控制策略,在保留其高動(dòng)態(tài)性的基礎(chǔ)上,還能有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由電機(jī)統(tǒng)一理論得,電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可表示為： （3-1）式中:km,為轉(zhuǎn)矩系數(shù);|為定子磁鏈空間矢量幅值;|為轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量幅值;為定轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角,即磁通角。由此可知,轉(zhuǎn)矩的大小與定子磁鏈幅值、轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和磁通角成正比。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由永磁體產(chǎn)生,其大小近似恒定。如果保持定子磁鏈幅值恒定,只要調(diào)節(jié)磁通角大小,便能調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩大小。無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本

12、思想就是使定子磁鏈沿六邊形或近似圓形軌跡運(yùn)行,通過控制定子磁鏈平均旋轉(zhuǎn)速度,以調(diào)節(jié)磁通角大小,進(jìn)而控制電磁轉(zhuǎn)矩。具體實(shí)現(xiàn)過程見6.直接轉(zhuǎn)矩控制具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1.不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解禍而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,也省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換與計(jì)算.2.基于定子磁鏈定向,磁鏈觀察簡(jiǎn)單,且不易受電機(jī)參數(shù)變化的影響.定子磁鏈計(jì)算公式中包含的電機(jī)參數(shù)只有一項(xiàng):定子電阻.同時(shí)這個(gè)參數(shù)容易得到.矢量控制技術(shù)是基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的,轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電阻及電感,而獲取這兩個(gè)參數(shù)值較為困難.因此,直接轉(zhuǎn)矩控制相比矢量控制技術(shù),控制效果受電機(jī)參數(shù)的影響要小的多.3.使用

13、空間矢量的概念,來分析電機(jī)模型、控制電機(jī)參數(shù),控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想是采用空間電壓矢量分析的方法,在定子坐標(biāo)系上計(jì)算磁鏈、轉(zhuǎn)矩,根據(jù)磁鏈、轉(zhuǎn)矩誤差,通過直接控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。4.以瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩為控制對(duì)象,是一種轉(zhuǎn)矩的直接控制方法。它不在于獲得理想的電流波形,或是電壓波形,也不過分追求磁鏈的圓形軌跡,它強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩控制效果。因此它可以采用離散的電壓狀態(tài)或六邊形磁鏈軌跡等概念。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)廣泛使用在各類電機(jī)控制中，其控制思想簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，與矢量控制方法一樣，是一種高性能的電機(jī)控制方法。但是直接轉(zhuǎn)矩控制在性能上仍有一定缺陷，由于直接轉(zhuǎn)矩控制使用的是bang-ban

14、g控制，原理上會(huì)存在不可避免的脈動(dòng)，并且在低速范圍調(diào)速中誤差較大。3.3直流無刷電機(jī)的智能控制智能控制是結(jié)合自動(dòng)控制與人工智能概念而產(chǎn)生的一種控制方式，通常泛指以模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等智能方法為基礎(chǔ)的控制?；趯＜抑R(shí)庫的模糊邏輯控制系統(tǒng)所需計(jì)算數(shù)據(jù)小，但對(duì)于新的規(guī)則缺乏足夠處理能力。而基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)控制系統(tǒng)則相反，它對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化和擾動(dòng)有很強(qiáng)的解決能力，但控制系統(tǒng)需具有足夠的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。遺傳算法、人工免疫算法等則是按照模擬人類或生物界進(jìn)化以及人工免疫系統(tǒng)建立的，它們可從優(yōu)化的角度對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行在線或離線優(yōu)化，從而達(dá)到系統(tǒng)的良好控制，其運(yùn)算所需時(shí)間與空間一般也比較

15、大12。3.3.1模糊控制模糊控制是在美國加州大學(xué)扎德(L A.Zadeh)教授創(chuàng)立的模糊集合理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。模糊控制作為智能控制的一種,與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制相比,只是在控制方法上采用了模糊數(shù)學(xué)與模糊邏輯推理理論,但它所進(jìn)行的依然是確定性工作。它不但能實(shí)現(xiàn)控制,還能夠模擬人的思維方法,對(duì)一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控過程進(jìn)行有效的控制。與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相比較,模糊控制具有以下的特點(diǎn)8：1、 模糊控制器的設(shè)計(jì)不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型; 2、模糊控制易于被操作人員接受;3、適應(yīng)性好,非線性控制能力強(qiáng);4、魯棒性較好,對(duì)參數(shù)變化不靈敏。模糊控制結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖3.1模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖1.模

16、糊化 前面提到,模糊化就是把輸入的精確的被控制量變成模糊量的過程。具體步驟如下:(1 )首先是預(yù)處理使輸入量能夠被模糊控制器識(shí)別;(2)將預(yù)處理后的輸入量進(jìn)行尺度變換到論域;(3)將尺度變換后的輸入量進(jìn)行模糊處理,把精確的被控制量變成模糊量,表示為對(duì)應(yīng)的模糊集合;2.知識(shí)庫 知識(shí)庫由模糊控制規(guī)則與數(shù)據(jù)庫組成,它擁有要控制的目標(biāo)與對(duì)應(yīng)領(lǐng)域里的:(1)模糊空間分級(jí)數(shù),尺度變換因子和語言變量的隸屬度函數(shù)是放在數(shù)據(jù)庫里的;(2)用模糊語言變量表示的根據(jù)控制專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)制定的控制規(guī)則放在規(guī)則庫里;3.模糊推理 作為模糊控制的核心,模糊推理可以根據(jù)模糊邏輯中的推理規(guī)則與蘊(yùn)含關(guān)系模擬出基于模糊概念的人腦

17、推理能力。4.清晰化 清晰化就是模糊化的逆過程,它就是將模糊推理獲取的模糊控制量轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用中能夠被識(shí)別的的清晰控制量,包括兩個(gè)步驟:(1)將模糊控制量進(jìn)行清晰處理,得出論域清晰量;(2)將論域清晰量進(jìn)行尺度變換,獲得我們所需要的實(shí)際控制量;3.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是模仿人腦思維功能和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)控制的一種智能控制方法。它最早由神經(jīng)生物學(xué)家McCulloch和數(shù)學(xué)家Pitts提出,至今已有60多年的發(fā)展史。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力,它是模擬人適應(yīng)環(huán)境的學(xué)習(xí)能力的機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制,主要分為有導(dǎo)師學(xué)習(xí),無導(dǎo)師學(xué)習(xí)和在勵(lì)學(xué)習(xí)三種:1、有導(dǎo)師學(xué)習(xí)(監(jiān)督學(xué)習(xí))在學(xué)習(xí)過程中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

18、調(diào)整連接權(quán)是根據(jù)實(shí)際輸出與期望輸出的比較信號(hào)進(jìn)行的,期望輸出就是導(dǎo)師信號(hào)。2、無導(dǎo)師學(xué)習(xí)(無監(jiān)督學(xué)習(xí)) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自身特殊的結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)規(guī)則調(diào)整連接權(quán)系,不需要導(dǎo)師信號(hào).3、在勵(lì)學(xué)習(xí)將學(xué)習(xí)作為一種試探獎(jiǎng)勵(lì)過程,學(xué)習(xí)機(jī)輸出一個(gè)動(dòng)作作用于環(huán)境后,根據(jù)動(dòng)作后果產(chǎn)生一個(gè)在勵(lì)信號(hào)(獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰)反饋給學(xué)習(xí)機(jī),再根據(jù)往獎(jiǎng)勵(lì)更大的原則進(jìn)行調(diào)整,輸出下一個(gè)動(dòng)作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程是調(diào)整連接權(quán)系的過程,學(xué)習(xí)規(guī)則就是一種算法,用來修正神經(jīng)元之間連接權(quán)系,使結(jié)構(gòu)更適應(yīng)環(huán)境的變化。由于對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)了解不多，詳細(xì)內(nèi)容可參閱4、8、12。3.3.3遺傳算法控制 遺傳算法是模擬生物的遺傳和長(zhǎng)期進(jìn)化過程而發(fā)展起來的一種搜索和優(yōu)化

19、算法。它將“生存競(jìng)爭(zhēng)，優(yōu)勝劣汰。適者生存”的生物進(jìn)化論引入到參數(shù)形成的編碼串聯(lián)群體中，通過復(fù)制、交叉以及變異對(duì)個(gè)體進(jìn)行篩選，并把優(yōu)良的個(gè)體保留下來，形成新的一代群體，如此反復(fù)，群體中的個(gè)體適應(yīng)度就不斷提高，知道滿足給定的要求。遺傳算法的幾個(gè)特點(diǎn)是：1. 遺傳算法不是直接作用在參變量集上，而是利用參變量的某種編碼。2. 遺傳算法的搜索開始于解的一個(gè)種群，而不是從個(gè)解的開始搜索。3. 遺傳算法僅利用了適應(yīng)度值信息，無需導(dǎo)數(shù)或其他輔助信息。4. 遺傳算法利用了概率轉(zhuǎn)移規(guī)則，而不是利用確定行的轉(zhuǎn)移規(guī)則。5. 遺傳算法在解空間進(jìn)行高效啟發(fā)式搜索，而不是盲目的窮舉或隨意搜索。6. 由于遺傳算法固有的并行性

20、，遺傳算法非常適用于大規(guī)模并行計(jì)算，這是傳統(tǒng)的優(yōu)化方法不具備的1。除了以上三種智能控制以外，還有滑模變結(jié)構(gòu)控制、灰色控制、螞蟻算法等智能控制方法，電機(jī)高性能的控制需求也將會(huì)促進(jìn)新的智能控制方法的出現(xiàn)和發(fā)展。相比較傳統(tǒng)的控制算法，智能控制算法普遍魯棒性較好，但算法復(fù)雜，系統(tǒng)操作要求高，適用于沒有對(duì)象具體模型、具體參數(shù)等復(fù)雜情況，例如月球車上電機(jī)控制，深空探測(cè)機(jī)器人等方面。而傳統(tǒng)控制算法適用于簡(jiǎn)單系統(tǒng)，精度及魯棒性要求不高的場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。 4. 無刷直流電機(jī)的研究熱點(diǎn) 永磁無刷直流電機(jī)除了具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),還保留著有刷直流電機(jī)優(yōu)越的起動(dòng)和調(diào)速性能,同

21、時(shí)還省去了換向器和電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu),壽命長(zhǎng)、噪音低和電磁干擾小。但是無刷直流電機(jī)還存在一些問題，目前無刷直流電機(jī)研究熱點(diǎn)主要為兩個(gè)方向：（1）無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制（2）無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制4.1無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制無位置傳感器控制方式下的無刷直流電機(jī)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能在一定程度上克服位置傳感器安裝不準(zhǔn)確引起的換相波動(dòng)，并且在一些特殊場(chǎng)合，無位置傳感器控制有著不可超越的優(yōu)勢(shì)。無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制方法包括反電勢(shì)法、磁鏈法、電感法及人工智能法等。其中反電勢(shì)法是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種位置檢測(cè)方法。下面簡(jiǎn)單介紹一下反電勢(shì)法。反電勢(shì)法

22、將檢測(cè)獲得的反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)延遲30電角度，得到6個(gè)離散的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制。無刷直流電機(jī)反電勢(shì)過零點(diǎn)與換相時(shí)刻的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。圖中a相、b相、c相位相位互差120電角度的三相梯形波反電勢(shì)，每隔30為一個(gè)換相點(diǎn)，分別滯后相應(yīng)反電勢(shì)過零點(diǎn)30電角度。圖4.1無刷直流電機(jī)反電勢(shì)過零點(diǎn)與換相時(shí)刻 目前，反電勢(shì)法的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)反電勢(shì)法進(jìn)行深入研究，已提出了端電壓檢測(cè)法、反電勢(shì)積分法、反電勢(shì)三次諧波法、續(xù)流二極管以及線反電勢(shì)等多種檢測(cè)方式。這里一一介紹，詳見5、11、12。4.2無刷直流電機(jī)換相

23、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制相比于永磁同步電機(jī)，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大。這不但會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)等問題，而且影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，從而降低電機(jī)的使用壽命和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，制約其在高精度、高穩(wěn)定性場(chǎng)合的應(yīng)用。根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理的不同，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)主要分為齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)兩類。齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是由于定子齒槽的存在，不同位置磁路的磁阻存在差異，氣隙磁場(chǎng)在空間分布上出現(xiàn)齒形波動(dòng)，進(jìn)而造成電機(jī)反電勢(shì)波形產(chǎn)生畸變。減小齒槽轉(zhuǎn)矩需從電機(jī)本體入手，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可減小齒槽轉(zhuǎn)矩。目前抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法主要有斜槽法和斜極法、磁性槽楔法、減小槽口寬度法等，詳見3。由換相期間電流變化引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)稱之為換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，

24、其限制了無刷直流電機(jī)在高精度伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。其主要產(chǎn)生因素有相電流及反電勢(shì)。在換相過程中，反電勢(shì)受漏磁等因素影響，同時(shí)反電勢(shì)又影響著相電流，兩者的在換相過程的變化引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。抑制換相期間的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法有分時(shí)換相策略、自抗擾策略和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制712。5. 結(jié)論直流無刷電動(dòng)機(jī)在當(dāng)今社會(huì)有著廣泛的應(yīng)用，其控制技術(shù)也一直是國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)，包括智能控制技術(shù)、無位置傳感器控制以及BLCDM波動(dòng)抑制。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，直流無刷電動(dòng)機(jī)的作用將會(huì)越來越大。參考文獻(xiàn):1 李勇達(dá). 基于DSP與遺傳算法的自適應(yīng)模糊控制的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng). 2011.LIYong-da.

25、Control System of Brushless DC motor Based on DSP and Adaptive Fuzzy Control With Genetic Algorithm.2011.2 汪小鋒.基于PWM的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng).2007.WANGXiao-feng. Control System of Brushless DC Motor on the base of PWM. 2007.3 張曉宇. 減少齒槽轉(zhuǎn)矩的無刷直流電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì). 2013ZHANGXiao-yu. Optimization of Design to Reduce Cogging Torque in Permanent Magnet Brushless DC Moter. 20134 肖雅芬. 無刷直流電機(jī)的非線性PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制. 2012XIAOYa-feng. The intelligent control of the nonlinear PID nueral ne