永磁無刷直流電機(jī)的控制研究

摘 ?要：無刷直流電機(jī)屬于一種使用壽命長、運(yùn)行效率較高、噪音低以及機(jī)械性能相對較好的一種設(shè)備，在汽車、軍事以及航空等不同領(lǐng)域均有著較高的應(yīng)用價值。本文基于無刷直流電機(jī)的工作特征與結(jié)構(gòu)特征，簡要分析無刷直流電機(jī)及其控制，希望可以為相關(guān)工作者提供幫助。

關(guān)鍵詞：永磁;無刷直流電機(jī);控制研究

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)研究進(jìn)度的不斷深入，永磁電機(jī)的研究也在不斷的深入。無刷直流電機(jī)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(jī)系統(tǒng)建設(shè)等均有著比較突出的貢獻(xiàn)作用。無刷直流電機(jī)主要是借助串勵直流電機(jī)啟動特征與并勵直流電機(jī)特性梯形波或方波的直流電機(jī)，其具備結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行質(zhì)量較好的優(yōu)勢。探討用詞無刷直流電機(jī)的控制具備較高的實(shí)踐性價值。

1.無刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征

無線直流電機(jī)為了更好的實(shí)現(xiàn)無機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)。為了更好的實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與專項的控制，無刷直流電機(jī)必須通過轉(zhuǎn)子位置的傳感器與逆變器實(shí)現(xiàn)換相裝置的構(gòu)建。目前來看，無刷直流電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)和普通的電極、感應(yīng)電機(jī)基本相似，對于比較常用的三相無刷直流電機(jī)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(jī)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(jī)的反電動勢波形，此時會直接影響電機(jī)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(jī)的位置傳感器一般是以電磁、光電以及磁敏三種形式。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，無刷直流電機(jī)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(yīng)用相對比較常用，在具體導(dǎo)通方式可以劃分為兩兩、三三導(dǎo)通方式，不同方式都具備一定的應(yīng)用實(shí)踐性價值。

2.無刷直流電機(jī)的控制

基于無刷直流電機(jī)的位置傳感器使用需求，簡化了無刷直流電機(jī)的控制復(fù)雜性，但是因?yàn)樘嵘穗姍C(jī)系統(tǒng)的體積以及轉(zhuǎn)動慣性、系統(tǒng)引線，導(dǎo)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(jī)的使用空間以及場景。對此，為了進(jìn)一步提高無刷直流電機(jī)的使用價值，需要做好相應(yīng)的控制，下面簡單分析幾點(diǎn)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(dāng)前技術(shù)最為成熟且應(yīng)用范圍比較廣泛的一種檢測方式，該方式可以實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)中反電動勢過零點(diǎn)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(zhǔn)確的換相信息，從而實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制效果。反電動勢方式的重點(diǎn)在于準(zhǔn)確的檢測反電動勢的過零點(diǎn)，并在具體應(yīng)用中需要注重端電壓檢測的方式，引入相應(yīng)的相移補(bǔ)償措施，解決因?yàn)闉V波等問題而導(dǎo)致的端電壓延遲問題。反電動勢的積分方式當(dāng)中的門限值設(shè)置問題、積分法與反電動勢三次諧波法當(dāng)中積分累積誤差等都是非常重要的考慮重點(diǎn)。

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(jī)磁鏈，如果轉(zhuǎn)子在初始位置、電機(jī)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(jī)的磁鏈并判斷轉(zhuǎn)子的具體位置[2]。應(yīng)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(jìn)行初始化的信息計算。因?yàn)榇沛湻ǖ挠嬎懔肯鄬Ρ容^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(jī)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(dāng)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(jìn)行計算，借助對比電流幅值的方式實(shí)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的判斷。電感法對于電機(jī)靜止期間轉(zhuǎn)子初始位置的檢測效果比較突出，但是因?yàn)闊o刷直流電機(jī)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(qiáng)的自主學(xué)習(xí)以及自適應(yīng)能力，在無刷直流電機(jī)的無位置傳感器檢測控制方面具備比較突出的應(yīng)用價值[3]。按照人工智能計算方式可以實(shí)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(yīng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論方式構(gòu)建電機(jī)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(jī)電壓、電流信號的分析方式實(shí)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(dāng)中實(shí)現(xiàn)對位置的判斷。人工智能計算方式無法準(zhǔn)確的構(gòu)建數(shù)學(xué)模式，所以只能夠應(yīng)用在非線性的系統(tǒng)當(dāng)中，對于實(shí)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(shí)現(xiàn)的現(xiàn)代化控制問題，并提升整個系統(tǒng)的運(yùn)行控制質(zhì)量與效果，對于高性能的單片機(jī)以及DSP等應(yīng)用具備比較突出的支持作用。

2.5 起動控制方法

當(dāng)前關(guān)于無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制方式主要是應(yīng)用反電動勢方式為主，但是對于電機(jī)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(jī)的自起動控制的難度也相對較高?；谶@一問題，國外有許多的起動方式研究，例如三段式的起動、預(yù)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(jī)的幾點(diǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)。隨著今后技術(shù)方面的不斷發(fā)展，必然需要不斷的創(chuàng)新與優(yōu)化無刷直流電機(jī)的控制措施，基于一體化設(shè)計、低成本節(jié)能開發(fā)等措施，不斷的優(yōu)化電機(jī)的結(jié)構(gòu)體系、擴(kuò)速能力以及轉(zhuǎn)矩波動抑制等效果，從而為無刷直流電機(jī)的發(fā)展創(chuàng)新提供支持。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊建飛，曹偉，李德才，等.兩相導(dǎo)通無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制零電壓矢量特性分析[J].電工技術(shù)學(xué)報，2019，31（23）：34-35.

[3] 仇志堅，馬東旭，魏康妮.無軸承無刷直流電機(jī)懸浮控制特性優(yōu)化分析[J].電工技術(shù)學(xué)報，2019，14（23）：244-245.

作者簡介：諶志偉，（1980.11--）男，漢族，湖南安化人，碩士，研究方向：機(jī)械自動化、電子技術(shù)。