無刷直流電動機(jī)的控制技術(shù)

1、無刷直流電動機(jī)的控制技術(shù)鑒于無刷直流電動機(jī)的優(yōu)異性能、人幻對無刷頁流電胡機(jī)控制技術(shù)的研究也是方興未艾，這些主要有：121矢蜃控制所謂矢量控制.就是對某一被控量同跡實(shí)押方向控制和幅度控制.對于無刷節(jié)漩電動機(jī)來說，也就是對定子電潦寶廿方向控制和幅度控制，以獲得與有刷頁流電動機(jī)相似的調(diào)速性能由于無風(fēng)克流電動扒的勵磁礎(chǔ)場與電樞磁通之間的空間甬度不是固定的，這將引起磁場間復(fù)雜的作用關(guān)系因此不能簡單的通過調(diào)節(jié)電植電流來直接控制電磁轉(zhuǎn)矩.在方波無刷直流電動機(jī)中”定子三相電流為方波,為產(chǎn)生平惜的電雄轉(zhuǎn)矩要求反電動勢為梯形波，且二舌在棚61上嚴(yán)格同步。對無刷宜流電動機(jī)的矢量控制主要是指這種同步性的控制，也就是說

2、，在正常苗況下.要求電樞噩場與永施體勵磁堿場正交.且保證方波電流與梯形波反電逆勢的嚴(yán)格同步，在同步的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)定子電流就可以直接控制電臓轉(zhuǎn)矩"滑模變結(jié)構(gòu)控制近年來，滑模變結(jié)構(gòu)控制在伺服系統(tǒng)控制領(lǐng)域展示了良好的前jJL滑模變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)控制的一種控制策峪，與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷變化的開關(guān)特性，可以迫使系統(tǒng)在一定條件下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、離頻率的運(yùn)動，即滑動模杰或“滑模”運(yùn)動.這種滑動模態(tài)是可以設(shè)計的，且與系統(tǒng)參數(shù)及擾動無關(guān)，因此處于滑模運(yùn)動的系統(tǒng)具有很好的魯棒性滑模變結(jié)構(gòu)控制的主要問題是“抖動”，即非線性引起的自振針對這一情況,一些學(xué)者

3、提出了改進(jìn)方法，例如:趨近率滑模變結(jié)構(gòu)控制、采用自調(diào)整切換線或切換線分段的滑模變結(jié)構(gòu)控制、連續(xù)滑模變結(jié)構(gòu)控制、變結(jié)構(gòu)加前饋補(bǔ)償控制等等。這些方法在一定程度上削弱了“抖動"問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度.將滑模變結(jié)構(gòu)控制與智能控制方法相結(jié)合，是這一研究領(lǐng)域有前途的研究方向之一【舊智能控制智能控制是指模擬人的智能的控制，是控制理論發(fā)展的高級階段.智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等功能，能夠解決模型不確定性問題、非線性控制問題以及其它較為復(fù)雜的問題嚴(yán)格來說，無刷宜流電動機(jī)超一個多變量、非線性、強(qiáng)藕合的機(jī)電系統(tǒng)，因此利用智能控制可以取得較滿意的控制效果。目前，己有許多較為成熟的智能控制方法

4、應(yīng)用于無刷直流電動機(jī)控制，例如模糊控制和PID控制相結(jié)合的FUZZY-PID控制，隸屬度參數(shù)經(jīng)遺傳算法優(yōu)化的模糊控制、單神經(jīng)元自適應(yīng)控制等等t，4M，5K，6無位置傳感器控制無刷直流電動機(jī)的電流換相莆要正確的轉(zhuǎn)子位置信息而傳統(tǒng)獲取轉(zhuǎn)子位置佰息的方法是采用電子式或機(jī)電式位置傳感器直接測St，如霍爾效應(yīng)器件、光學(xué)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等.然而，這些傳感器有的分辨率低或運(yùn)行特性不好、有的對環(huán)境條件很敏感，如振動、潮濕和溫度變化都會使性能下降，使整個傳動系統(tǒng)的可靠性難以得到保證：傳感器還大大增加了電氣連接線數(shù)目，給抗干擾設(shè)計帶來一定困難：有些傳動系統(tǒng)由于空間有限，沒有安裝傳感器的余地，因而又出現(xiàn)了各種無位

5、置傳感器控制方法"川叫1反電動勢法通過檢測電機(jī)反電動勢（BackElectromotiveForce,以下簡稱Back-EMF）來獲得位置信號的方法對于反電動勢的處理方法有反電動勢過零檢測法、鎖相環(huán)技術(shù)法、反電動勢邏輯電平積分比較法等。（1）反電動勢過冬檢測法在無刷直流電動機(jī)中，繞組的感應(yīng)電動勢（反電動勢）通常是正負(fù)交變的，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到某個位置使轉(zhuǎn)子直軸與該相繞組軸線重合時,此繞組的反電動勢過年，也就是說，只要檢測到各相反電動勢的過牟點(diǎn)，就可獲知轉(zhuǎn)子的位置，從而省去位置傳感器.(2) 鎮(zhèn)相環(huán)技術(shù)法將非導(dǎo)通相反電動勢經(jīng)邏輯處理后得到周期為60。電角度的脈沖列，再采用PLL鎖相技術(shù)將脈沖

6、列倍頻，通過同步計數(shù)器計數(shù)值和鎖存器預(yù)置數(shù)值的比較,可獲得理想的換相點(diǎn)(3) 反電動勢三次諧波積分法當(dāng)電機(jī)繞組反電動勢為梯形波時，反電動勢信號含有較為豐富的三次諧波分量.通過檢測此三次諧波分量來獲得相應(yīng)的換相時刻，這就杲三次諧波積分法.反電動勢積分法是將反電動勢信號濾波后送到積分器，積分器輸出信號與預(yù)置門檻電壓比較，控制逆變器各個功率菅的開關(guān)狀態(tài)這種方法降低了檢測電路對開關(guān)噪聲的敏感性，能夠方便地實(shí)現(xiàn)電流超前換相控制使逆變器換向時間能夠跟隨轉(zhuǎn)速變化的進(jìn)行自動調(diào)整。2電流法由于反電動勢法的抗干擾性能比較差，容易受到速度變化、電機(jī)換相、低通濾波以及定子電阻電感等的彭響，使所檢測到的轉(zhuǎn)子位置信號的準(zhǔn)

7、確性和精確性受到不同程度的影響，給電機(jī)的正確換相帶來困難。后來岀現(xiàn)了如直接電流楡測法和續(xù)流二極管法等，這些方法都是基于“相電流和霍爾信號理想情況下是同相位的”這個原理，固然電流不太容易受到上述因素的彭響，但是這種方法對電流檢測的箱度要求很高，算法很復(fù)雜，因而成本高，并且其運(yùn)行范圍較小3三次諧波檢測法無刷直流電動機(jī)的反電動勢梯形波是由基波及其高次諧波分量疊加而成的，通過簡單的疊加運(yùn)算，就可以使非3的借數(shù)的高次諧波相互抵消，只剩下3次諧波及3的奇數(shù)倍高次諧波，可以從中提取反電動勢的3次諧波分量，以檢測轉(zhuǎn)子位置。4電感法電機(jī)工作時，繞組的電感會因?yàn)榇艌龅淖兓l(fā)生改變，因此可以通過檢測電機(jī)繞組工作時

8、的電感！:，實(shí)時計算電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，其優(yōu)點(diǎn)是不受電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的限制，但是需要建立較為精確的數(shù)學(xué)模型并實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線計算，難度較大.5磁鏈估計法由于電機(jī)磁鏈信號和轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，因此可以通過轉(zhuǎn)子磁鏈的值來確定其位置信號。由于電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈不能直接檢測得到，因此需要根據(jù)磁鏈和電機(jī)的相電壓、相電流之間的函數(shù)關(guān)系計算。從原理上來看，此法有較高的準(zhǔn)確度，受瀝量誤差和電機(jī)參數(shù)變換的影響也很少，而且調(diào)速范圍寬，但要求漢量的參較多，算法復(fù)雜，系統(tǒng)成本高且實(shí)現(xiàn)困難.6狀態(tài)觀測器法狀態(tài)觀測器法又叫轉(zhuǎn)子位置計算法，是將電機(jī)三相電壓、電流進(jìn)行坐標(biāo)變換,在派克方程的基礎(chǔ)上估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的一種方法囚.此法不適用于方波驅(qū)

9、動的無刷直流電機(jī)，因此在此不再詳細(xì)分析.7電流通路監(jiān)視法通過監(jiān)測與逆變器并聯(lián)的二極管的通斷來獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息.由于存在較大的檢測誤差，且反電動勢系數(shù)、繞組電感量不是常數(shù)、反電動勢波形不是標(biāo)準(zhǔn)的梯形波等都會帶來轉(zhuǎn)子位置誤差.目前主流的逆變誥都是集成的，使此法根本無法使用，所以這種方法左國內(nèi)應(yīng)用并不是很廣泛，技術(shù)也不是很成熟.8擴(kuò)展卡爾曼濾波法擴(kuò)展卡爾曼濾波器是一種最優(yōu)線性估計算法，其原理為在得到繞組反電動勢信號的基礎(chǔ)上，在線遞推轉(zhuǎn)子位置，以確定定子繞組換流時刻。此種算法計算18大，最近幾年因?yàn)镈SP的推廣而得到應(yīng)用.9人工智能方法人工智能技術(shù)具備一定的智能行為，能夠產(chǎn)生合適的求解問題的響應(yīng)

10、隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展和研究的深入，很多學(xué)者已經(jīng)嘗試著將人工智能的方法應(yīng)用于無刷電機(jī)無位置控制。隨著數(shù)字處理單元（如單片機(jī)和DSP）的功能不斷強(qiáng)大，各種智能控制方法可以容易實(shí)現(xiàn)利用模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策路來建立相電壓、電流和轉(zhuǎn)子位置Z間的相互關(guān)系，基于檢測到的電壓和電浣信號來估算轉(zhuǎn)于位國信息.可以直接檢測電機(jī)相電壓和相電流，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練后可以估計出磁鏈向量，從而荻得轉(zhuǎn)子磁極位置.雖然人工智能方法將是未來的一種發(fā)展方向，但是離實(shí)際應(yīng)用還存在一定的距離.弱磁擴(kuò)速控制電機(jī)的弱磁擴(kuò)速是基于這樣一個事實(shí)：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升鹿，引起定子反電動勢增加，當(dāng)反電動勢高于逆變器端部電壓時，由于逆變器電&、電流容倉限制，連變器無法向電機(jī)提供電流將能量送入電機(jī)，導(dǎo)致了有限的擴(kuò)速效果.因而，必須在逆變器容量不變的前提下械弱磁場，實(shí)現(xiàn)電機(jī)弱磁，以抵消反電動勢的增長.但是由于永磁體勵磁不可調(diào)節(jié)，高速所需的弱磁運(yùn)行具有相當(dāng)難度.國內(nèi)外許多學(xué)者對永磁電機(jī)恒功率弱磁控制己有相當(dāng)?shù)难芯?，其中垠顯著的成果是永磁同步電機(jī)(PMSM)的恒功率