永磁無刷直流電機的控制研究獲獎科研報告

永磁無刷直流電機的控制研究獲獎科研報告關(guān)鍵詞：永磁;無刷直流電機;控制研究

0.引言

隨著科學技術(shù)研究進度的不斷深入，永磁電機的研究也在不斷的深入。無刷直流電機已經(jīng)成為我國非常重要的技術(shù)設(shè)備，其對于整個工業(yè)生產(chǎn)、節(jié)能電機系統(tǒng)建設(shè)等均有著比較突出的貢獻作用。無刷直流電機主要是借助串勵直流電機啟動特征與并勵直流電機特性梯形波或方波的直流電機，其具備結(jié)構(gòu)簡單、運行質(zhì)量較好的優(yōu)勢。探討用詞無刷直流電機的控制具備較高的實踐性價值。

1.無刷直流電機的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征

無線直流電機為了更好的實現(xiàn)無機械性接觸狀態(tài)下的換相，取消了電刷這一過程，并將電樞繞組、永磁磁鋼分別放在了定子與轉(zhuǎn)子方面，構(gòu)建了倒裝式的直流電機結(jié)構(gòu)。為了更好的實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速與專項的控制，無刷直流電機必須通過轉(zhuǎn)子位置的傳感器與逆變器實現(xiàn)換相裝置的構(gòu)建。目前來看，無刷直流電機的定子結(jié)構(gòu)和普通的電極、感應電機基本相似，對于比較常用的三相無刷直流電機而言，電樞繞組可以借助Y或三角形聯(lián)結(jié)，但是出于系統(tǒng)的成本與性能，一般是以Y聯(lián)結(jié)為主[1]。無刷直流電機的繞組形式涉及到集中繞組、分布式繞組以及短距分布繞組?；诶@組形式的不同可以將會形成不同的影響電機的反電動勢波形，此時會直接影響電機的整體性能。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要形式有三種，分別為表面粘貼式、嵌入式以及環(huán)形三種。無刷直流電機的位置傳感器一般是以電磁、光電以及磁敏三種形式。在拓撲結(jié)構(gòu)方面，無刷直流電機可以劃分為半橋、全橋、C-Dump式、四開關(guān)式、H橋式五種類型，其中全橋式的應用相對比較常用，在具體導通方式可以劃分為兩兩、三三導通方式，不同方式都具備一定的應用實踐性價值。

2.無刷直流電機的控制

基于無刷直流電機的位置傳感器使用需求，簡化了無刷直流電機的控制復雜性，但是因為提升了電機系統(tǒng)的體積以及轉(zhuǎn)動慣性、系統(tǒng)引線，導致整體系統(tǒng)可靠性下降。對此，也一定程度的約束了無刷直流電機的使用空間以及場景。對此，為了進一步提高無刷直流電機的使用價值，需要做好相應的控制，下面簡單分析幾點有效的控制策略。

2.1反電動勢方法

在不同的位置傳感器控制方法方面，反電動勢屬于當前技術(shù)最為成熟且應用范圍比較廣泛的一種檢測方式，該方式可以實現(xiàn)對無刷直流電機中反電動勢過零點信號的延遲溫蒂，并基于離散的轉(zhuǎn)子位置信號，基于邏輯開關(guān)電路提供準確的換相信息，從而實現(xiàn)無刷直流電機的無位置傳感器控制效果。反電動勢方式的重點在于準確的檢測反電動勢的過零點，并在具體應用中需要注重端電壓檢測的方式，引入相應的相移補償措施，解決因為濾波等問題而導致的端電壓延遲問題。反電動勢的積分方式當中的門限值設(shè)置問題、積分法與反電動勢三次諧波法當中積分累積誤差等都是非常重要的考慮重點。

2.2磁鏈法

與反電動勢方式相比，磁鏈法主要是借助直接估算磁鏈的方式獲得轉(zhuǎn)子的位置信息，通過測量電壓與電流的方式獲得電機磁鏈，如果轉(zhuǎn)子在初始位置、電機參數(shù)以及磁鏈和轉(zhuǎn)子關(guān)系已經(jīng)明確的情況下，可以通過估算的方式獲得電機的磁鏈并判斷轉(zhuǎn)子的具體位置[2]。應用磁鏈法方式首先需要明確轉(zhuǎn)子啟動的具體位置，在獲得積分之后對所需要的磁鏈進行初始化的信息計算。因為磁鏈法的計算量相對比較多，所以在低速時看會出現(xiàn)誤差，同時整個計算容易遭受電機參數(shù)的影響。

2.3電感法

電感法的基礎(chǔ)原理在于在繞組當中施加一個方波電壓脈沖，并借助這一脈沖過程對電流幅值進行計算，借助對比電流幅值的方式實現(xiàn)電感差異的判斷，之后按照電感和轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的判斷。電感法對于電機靜止期間轉(zhuǎn)子初始位置的檢測效果比較突出，但是因為無刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置在不同時表現(xiàn)出來的電感差異并不大，所以這一種方式對于電流檢測的儀器設(shè)備精度要求相對較高。

2.4人工智能法

人工智能算法具備比較強的自主學習以及自適應能力，在無刷直流電機的無位置傳感器檢測控制方面具備比較突出的應用價值[3]。按照人工智能計算方式可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的位置檢測，其基礎(chǔ)思路在于借助模糊策略、遺傳算法、人工免疫自適應、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論方式構(gòu)建電機的電流、電壓以及轉(zhuǎn)子位置關(guān)系的邏輯分析房還是，并通過電機電壓、電流信號的分析方式實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的判斷，或者是直接從繞組的換相信號當中實現(xiàn)對位置的判斷。人工智能計算方式無法準確的構(gòu)建數(shù)學模式，所以只能夠應用在非線性的系統(tǒng)當中，對于實際的被控制對象具備比較突出的泛化功能。與此同時，人工智能計算方式對于參數(shù)的改變以及量測噪音具備比較突出的魯棒性，其可以有效解決以往無法實現(xiàn)的現(xiàn)代化控制問題，并提升整個系統(tǒng)的運行控制質(zhì)量與效果，對于高性能的單片機以及DSP等應用具備比較突出的支持作用。

2.5起動控制方法

當前關(guān)于無刷直流電機的無位置傳感器控制方式主要是應用反電動勢方式為主，但是對于電機靜止以及轉(zhuǎn)速比較低的情況下，反電動勢的控制效果并不理想，不容易被檢測。對此，此時對于電機的自起動控制的難度也相對較高。基于這一問題，國外有許多的起動方式研究，例如三段式的起動、預定位起動、升頻升壓同步起動、高頻信號注入以及電壓差值起動等多種方式。

3.結(jié)語

綜上所述，本文簡要分析了關(guān)于無刷直流電機的幾點控制關(guān)