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        永磁無刷直流電機(jī)的控制研究

        2020-08-14 13:49:35諶志偉
        關(guān)鍵詞:無刷直流電機(jī)控制研究永磁

        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(jià)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(gè)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(lì)直流電機(jī)啟動(dòng)特征與并勵(lì)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(jià)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(xiàng)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。基于繞組形式的不同可以將會(huì)形成不同的影響電機(jī)的反電動(dòng)勢波形,此時(shí)會(huì)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(jià)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(dòng)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(jià)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(dòng)勢方法

        在不同的位置傳感器控制方法方面,反電動(dòng)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(dòng)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(dòng)勢方式的重點(diǎn)在于準(zhǔn)確的檢測反電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)算。因?yàn)榇沛湻ǖ挠?jì)算量相對比較多,所以在低速時(shí)看會(huì)出現(xiàn)誤差,同時(shí)整個(gè)計(jì)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(gè)方波電壓脈沖,并借助這一脈沖過程對電流幅值進(jìn)行計(jì)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(shí)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(jià)值[3]。按照人工智能計(jì)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(jì)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(shí),人工智能計(jì)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)勢的控制效果并不理想,不容易被檢測。對此,此時(shí)對于電機(jī)的自起動(dòng)控制的難度也相對較高?;谶@一問題,國外有許多的起動(dòng)方式研究,例如三段式的起動(dòng)、預(yù)定位起動(dòng)、升頻升壓同步起動(dòng)、高頻信號注入以及電壓差值起動(dòng)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(jì)、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(dòng)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)

        [1] 紀(jì)永生.無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)化措施[J].中國高新科技,2018,21(9):78-80.

        [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(bào),2019,31(23):34-35.

        [3] 仇志堅(jiān),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(bào),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(dòng)化、電子技術(shù)。

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