一种抑制非理想反电势的BLDC电机转矩脉动的方法

转矩特性是电机性能的重要指标,而抑制转矩脉动是无刷直流机(BLDC motors)控制领域中的关键技术之一.本文针对非理想反电势的无刷直流机,对转矩脉动谐波构成进行了推导,分析了转矩脉动和反电动势谐波、电流谐波的关系,提出了一种基于离线反电势测量的优化电流算法,结合空间电压PWM,实现了抑制转矩脉动的电流闭环控制.仿真和实验证明,该方法可以显著抑制转矩六次谐波,是一种有效的改善无刷直流机转矩性能的方案.     

永磁同步电动机最大转矩电流比控制研究

分析了永磁同步电动机矢量控制下的最大转矩电流比控制,推导出d,q轴电流与转矩的表达式和最优定子电流矢量角的表达式。为了更好地运用于工程系统,在非线性方程组的基础上,提出了改进的曲线拟合方法,实现线性控制定子电流和电流矢量角误差最小。采用MATLAB/Simulink仿真软件分别建立d,q轴电流和定子电流矢量角控制仿真模型,根据仿真结果对两种控制方案比较,得出两种控制方式优缺点。     

基于比例谐振的无刷直流电机电流规划控制

在三相六状态模式下工作的BLDCM存在较大的换相转矩脉动,采用电机反电势对电流波形进行规划的控制方法可以减小该转矩脉动。然而由于绕组电感的存在,会引起相电流滞后该相反电势的现象,从而导致电机相电流有效值和转矩脉动的增加。论文提出一种基于比例谐振的电流规划控制方法。该方法根据规划电流轨迹的傅里叶展开,采用基于比例谐振的电流环分别实现对电流基波和主要高次谐波的控制。最后,仿真结果表明所提出的方法可以减小相电流的滞后角度,抑制转矩脉动和减小电机铜耗。     

PWM调制方式对无刷直流电动机反电势电流的影响

无刷直流电动机反电势电流对电机转矩脉动、效率和换相控制有着直接影响。基于无刷直流电动机的数学模型．分析比较了不同PWM调制方式下反电势电流的变化规律．并通过理论推导和仿真实验证明了当电机系统采用ON—PWM调制方式时。能有效地抑制反电势电流的峰值且对电机控制系统造成的影响最小。     

定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法

齿槽转矩和谐波转矩均会引起永磁同步电机输出转矩脉动,导致电流波形畸变。基于永磁同步电机电磁转矩的磁共能模型,提出一种基于定子电流矢量定向闭环I/f控制的永磁同步电机转矩脉动抑制方法。综合考虑气隙磁场畸变、齿槽转矩和电流畸变等多种因素,推导电机转矩脉动最小化条件下的最优定子谐波电流约束条件,利用反推控制原理构建了谐波抑制控制器。此外,还设计了一种带遗传因子最小二乘算法的永磁同步电机转速辨识方法。仿真和实验表明,设计的转速辨识算法能在较宽范围内实现电机速度辨识,所提控制方法提升了系统的控制精度,改善了电流波形,有效抑制了电机运行时的转矩脉动。     

梯形波与正弦波反电势无刷直流电动机特性分析

针对反电势为理想梯形波与理想正弦波的永磁无刷直流电动机,分析了电机在方波驱动120°导通模式下的机械特性、电流波形、换相转矩脉动.推导了反电势为正弦波的无刷直流电动机在方波驱动120°导通模式下的机械特性表达式.通过对这两种电机电流波形的对比分析以及对两者换相电流的数学推导,给出了这两种不同反电势波形的无刷直流电动机在高速和低速时两者电流波形、换相转矩脉动差异的原因.建立了两种电机的仿真模型,仿真结果进一步验证了分析的正确性.实际工程中,无刷直流电动机的反电势波形很难达到理想的梯形波,介于理想梯形波与理想正弦波之间,该研究对无刷直流电动机的设计与控制具有一定的参考意义.     

异步电机并联运行磁场定向控制

针对两台电机参数和负载不一致的情形,在原有单台电机磁场定向矢量控制模型的基础上,推导出适合一个逆变器控制两台电机的磁场定向控制模型.该方法考虑了电机参数的不同及电机定子电流的不一致,基于转子平均磁链进行定向,以两台电机的定子平均电流为控制目标,定子电流的d轴分量控制平均转子磁链,q轴分量控制平均电磁转矩.理论分析、仿真结果和实验结果表明了该控制方法的正确性和可行性.     

航空电机最大转矩电流比控制方法研究

针对航空电机在高空条件下的高效率控制问题,本文采用最大转矩电流比控制方法实现电机控制。基于转矩电流关系和交直轴电流关系分别实现了航空电机的最大转矩电流比控制,仿真分析了两种控制方法下电机的动态特性,并研究了产生不同特性的原因。结果表明,利用交直轴电流关系实现最大转矩电流比的控制方法,在输出相同电磁转矩条件下,电机定子电流更小,运行效率更高。     

不同励磁方式的电励磁双凸极电机正弦化设计与分析EI北大核心CSCD

该文在分析传统电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic machine,DSEM)反电势畸变的基础上,对两种不同励磁方式的DSEM进行正弦化设计,以实现该磁阻电机的正弦驱动,减小转矩脉动。提出相位调制正弦化的方法,指出该方法的设计原则,有效解决传统斜极DSEM反电势畸变、正弦度低的问题。研究发现,偶数相的DSEM经过特殊的定转子极弧系数设计后总有两相存在严格的互补关系,使所提正弦化方法的实现成为可能;并进一步提出提高反电势波形的对称性和正弦度的方法。随后,将设计的正弦化定子集中励磁电励磁双凸极电机、正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机和传统DSEM进行仿真对比分析。因为正弦化定子分布励磁电励磁双凸极电机性能最优,故加工其样机进行实验验证。实测样机不同励磁电流下空载反电势的总谐波失真均小于4%,采用基于空间矢量脉宽调制的正弦波驱动方式,实现DSEM的正弦化驱动,减小其输出转矩脉动。仿真和实验结果证明了DSEM正弦化设计和采用正弦驱动抑制转矩脉动的有效性,为高性能驱动应用提供了新的电机类型选择。     

电励磁双凸极电机九状态转矩闭环控制策略研究EI北大核心CSCD

针对电励磁双凸极电机(doubly salient electro-magnetic motor,DSEM)运行时存在的转矩脉动问题,提出1种九状态转矩闭环控制策略。该控制策略基于实际非线性电感模型,通过在电机反电势过零点进行状态切换,抑制由电流续流引起的换相转矩脉动,并在各相反电势负过零点附近区域引入传统的两相导通模态,以增加电机出力。分析DSEM在各个模态下相电流、转矩输出的变化特性,基于占空比分析论证所提控制策略的可行性,并总结换相角度对控制策略的影响。最后,通过实验验证所提控制策略能够有效抑制电机转矩脉动,具有良好的动态性能以及较高的转矩电流比。     

惯性动量轮电机磁极结构对转矩脉动的影响

驱动电机的转矩脉动是影响惯性动量飞轮输出力矩精度和稳定性的主要因素之一。该文针对无刷直流电机结构,推导了电机气隙磁密与反电势和转矩脉动的关系,分析了电机反电势波形对转矩脉动的影响,并用有限元方法对电机磁极不同充磁方式、极对数和极弧系数下的气隙磁密波形及转矩脉动的影响进行了仿真,通过实验得到了电机反电势波形并计算得到转矩脉动系数,验证了仿真结果的正确性。     

凸极式永磁无刷直流电机直接转矩控制研究

提出并分析研究了一种凸极式永磁无刷直流电机定子磁链幅值不控型直接转矩控制策略。结合凸极式永磁无刷直流电机及其两相导通工作特点,全面建立起两相导通时电压矢量对电磁转矩控制理论。采用转矩单环控制,根据转矩滞环比较输出和定子磁链位置给出所施加的电压矢量,实现转矩的快速控制。推导出两相静止坐标系下电磁转矩计算模型,并针对实际无刷电机转子反电势既非理想梯形波,又非正弦波的情况,提出采用查表方式获得转矩观测所必需的转子反电势和转子磁链方法。实验结果表明,所提控制方案具有快速的动态响应和良好的稳态性能。     

无刷直流电机反电势自适应滑模观测

采用转矩环取代传统的电流环,可减小非理想反电势无刷直流电机（brushlessDCmotor,BLDCM）的转矩脉动,提高其控制性能,而转矩环中反馈转矩计算的关键在于绕组反电势的准确获取。建立考虑参数偏差的滑模观测器（sliding—modeobserver,SMO）对反电势进行实时观测,定量分析了定子电阻偏差对观测结果的影响,分析表明反电势观测的稳态误差等于电阻偏差量与电流的乘积。为消除这一影响,利用李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论,设计了定子电阻参数辨识的自适应率,在线辨识得到的电阻参数用于调整SMO的系数矩阵,构成了新型的自适应滑模观测器。最后,利用RT-LAB实时控制器进行实验,验证了上述分析结果的正确性,证明了所提方法能够正确快速地观测无刷直流电机反电势。     

无刷直流电机转矩脉动抑制新方法

转矩脉动是影响无刷直流电机在高精度伺服系统中应用的主要原因.提出了一种基于a-β变换和Lyapunov函数的转矩脉动抑制直接功率控制方法.该方法在a-β坐标系下通过功率控制优化了电磁有功功率和电磁无功功率.在分析了反电势波形及其与霍耳位置传感器间关系的基础上,给出了在线计算反电势的方法.通过仿真验证了所述方法的正确性.     

非理想梯形波反电势的永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制方法

为了提高磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyro, MSCMG)框架伺服的精度与稳定度,针对永磁无刷直流力矩电机(permanent magnet brushless DC motor, PMBLDCM)非理想梯形波造成的换相转矩脉动,分析指出了换相反电势不平衡是造成转矩脉动产生的又一原因,且是影响低速力矩电机换相转矩脉动的主要因素。在单一直流母线电流反馈的基础上,提出了一种换相转矩自平衡控制方法,其中包括换相转矩平衡点观测器和角加速度的快速最优估计算法,有效的抑制了换相转矩脉动,提高了低速时的速率伺服精度与稳定度。     

无刷直流电机转矩观测与电感自适应辨识

为提高无刷直流电机（brushless DC motor,BLDCM）转矩观测结果的准确性,定量分析了传统的反电势滑模观测器（sliding．mode observer,SMO）及相应的转矩观测结果受定子电感参数偏差的影响程度。分析表明,电感参数偏差会在定子电流变化时引起反电势和转矩观测误差。为消除这一影响,利用李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论,设计了定子电感自适应辨识率,在线辨识得到电感参数,实时调整SMO的系数矩阵和输入矩阵,构成了新型的自适应滑模观测器,提高了观测精度。最后利用RT-LAB实时控制器进行实验,验证了理论分析的正确性。实验结果表明,所提方法能有效辨识出BLDCM的定子电感值,并正确观测出电机转矩。     

一种改善BLDCM调速性能的模糊矢量控制策略

针对永磁无刷直流电机(BLDCM)在方波控制时转矩脉动大、电流畸变程度大以及反电势不稳定造成转速波动的问题,本文在分析BLDCM控制方式的基础上,将这些问题的原因归结于控制时的电流换相以及反电势并非理想方波电势。基于此,针对电动汽车BLDCM提出一种基于模糊控制的无刷直流电机矢量控制调速策略,此策略使用模糊控制器对转速误差进行调节,进而增强系统的调速性能;使用矢量控制取代方波控制,进而克服转矩脉动、电流畸变以及反电势不稳定等问题。实验结果表明,本文提出的控制策略能较好地抑制转矩脉动,并使电流以及转速更加平滑稳定。     

基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制研究

水下推进器是水下航行器的重要组成部分,为提高其转矩响应性能,提出了一种基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制方法。该方法将一种双曲正切函数引入线反电动势(EMF)滑模观测器,并将该滑模观测器应用于水下推进器直接转矩控制系统中,使得驱动控制系统通过水下推进器线反电动势观测值进行扇区判别与转矩估计,从而获得6个离散的换相信号,实现无位置检测的水下推进器直接转矩控制。仿真试验表明:所提控制方法能够很好地观测线反电动势,提高转矩动态响应,减小系统抖振幅度。     

非理想反电势的无刷直流电机直接转矩控制研究

无刷直流电机的反电势畸变导致电磁转矩存在原理性脉动。通过分析基于电压空间矢量和磁链控制理论的无刷直流电机直接转矩控制策略,得出了关断相既不影响转矩也不影响磁链的结论,同时针对反电势产生畸变的无刷直流电机控制提出了一种采用电流波形预补偿来减小转矩脉动的直接转矩控制策略。仿真实验的结果证明了该策略的正确性和有效性。     

Characteristics of PM synchronous motor drives with a trapezoidal EMF

A permanent magnet synchronous motor (PMSM) with nonsinusoidal electromotive force (EMF) generates torque ripple even if the sinusoidal PWM inverter drives the PMSM. A new modified trapezoidal modulating signal for PWM inverter suitable for PMSM drive with nonsinusoidal EMF is proposed in this paper. A new modulating signal for the PMSM drive is determined by the condition of reducing torque ripple of the motor with various trapezoidal EMF. When the PWM inverter using modified trapezoidal modulating signal drives the PMSM having a nonsinusoidal EMF, the torque ripple of the motor can be reduced, the DC link voltage utilization is improved, and reduction of switching loss can be obtained. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 159(1): 62–71, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20441