张智伟[1]2007年在《冰箱压缩机高压无刷直流电动机及控制系统研究》文中指出家用电器总的发展趋势是低噪音、高效节能和智能化,对其配套的电机及驱动系统提出了更高的要求,有刷直流电动机与目前广泛应用的单相异步电动机都难以满足。随着永磁材料、电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,永磁无刷直流电动机的应用日趋广泛。它用一套电子换相装置代替有刷直流电动机的机械换向装置,保留了有刷直流电动机优良的调速和控制性能,同时又克服了其机械换向所带来的一系列弊病,还具有结构简单、运行可靠、效率高、免维护、功率和转矩密度高等特点,在家用电器领域具有十分广阔的市场前景。永磁无刷直流电动机可取代单相异步电动机,是冰箱压缩机等家用电器的理想驱动电机。一般无刷直流电动机采用转子位置传感器检测转子位置信号实现换相控制,但位置传感器的存在带来了许多缺点,在一定程度上限制了无刷直流电动机的应用范围。更为重要的是冰箱压缩机内环境比较恶劣,目前常用的霍尔位置传感器无法正常可靠工作,采用无位置传感器控制技术使无刷直流电动机结构更简单,运行更加可靠。因此,本课题进行冰箱压缩机高压无位置传感器稀土永磁无刷直流电动机及其控制系统的研究具有较高的理论意义和工程实用价值。本文首先综述了永磁无刷直流电动机及其无位置传感器控制技术的研究现状及发展趋势;概述了永磁无刷直流电动机的运行原理与特性、数学模型及控制方法;讨论了永磁无刷直流电动机的换相过程,基于解析法得到了换相过程相电流的变化规律;研究了永磁无刷直流电动机脉动转矩的产生机理及其相关抑制方法。在此基础上,进行了冰箱压缩机高压稀土永磁无刷直流电动机的电磁设计,并试制了一台冰箱压缩机驱动电机样机;另一方面,分析了无位置传感器无刷直流电动机转子位置信号的检测、信号误差及其修正补偿和起动过程等重要理论问题,经过方案论证,选用无位置传感器无刷直流电动机专用控制芯片ML4425作为主控芯片,设计并制作了基于ML4425芯片的控制器,进行了电机及控制器的联机调试,得到了主要的试验波形及结果。
张相军[2]2001年在《无刷直流电机无位置传感器控制技术的研究》文中指出无刷直流电动机利用电子换相代替机械换相，不但具有直流电动机的调速性能，而且体积小、效率高，在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术之后，不但克服了外置式位置传感器的诸多弊病，而且进一步拓宽了无刷直流电机的应用领域。目前，无刷直流电机无位置传感器控制已成为无刷直流电机控制技术的发展方向。 本文纵观了无刷直流电动机的兴起、发展与现状，概括了无刷直流电动机无位置传感器控制技术的现有水平及存在的问题，以研制、开发全直流变转速空调产品为依托，从理论和实践两个方面对这些问题展开了较为全面的研究和讨论。 (1)针对反电动势过零点检测方法和换相点检测方法中存在的不足，分别提出了“延迟90°-α换相”和“超前60°-γ换相”的方法。同时，本文提出的软件、硬件相结合的换相原理突破了单纯依靠硬件电路换相的局限性，拓宽了系统的调速范围，提高了系统的稳定性和可靠性。 (2)本文详细阐述了无刷直流电机控制系统中的换相转矩脉动问题，分析了造成换相转矩脉动的原因，通过理论推导，创造性地给出抑制换相转矩脉动的方法，并利用计算机仿真手段及实验对这种换相转矩脉动抑制方法进行了验证。实际生产应用证明了这种方法的可行性和实用性。 (3)详细分析了PWM脉冲的不同切换方式对电机换相控制的影响，提出消除换相死区的具体算法——“强迫输出方式下的2001年上海大学博士学位论文叁状态恒定占空比算法”.实验结果表明，这种方法能够消除由PWM脉冲切换延时所造成的换相死区，提高系统的稳定性和可靠性. (4)根据无刷直流电动机无位置传感器控制系统中PWM调制方式的特点，着重论述了四种调制方式对反电动势电流及换相转矩脉动的影响.通过理论分析，比较四种调制方式的优劣，给出结论.PSPICE仿真和实验结果充分证明了所获结论的正确性.同时，通过对国内外同类产品进行测试，印证了结论. (5)推导并分析了无刷直流电机动态数学模型及其控制特性，建立了以单神经元自适应控制器为调节器的转速闭环控制系统.分析表明，单神经元自适应控制器能够提高系统的鲁棒性.
石坚[3]2013年在《无刷直流电动机高性能驱动控制技术研究》文中进行了进一步梳理本文以无刷直流电动机驱动控制方法为研究对象，以改善工作性能和扩大应用范围为目的，以能够在产品中直接应用为目标，从高速实现、转矩脉动抑制、最佳换相控制和无位置传感器控制四个方向对无刷直流电动机驱动控制方法进行了研究。高速实现方面，通过定性分析和定量计算，研究了有限的工作频率对无刷直流电动机运行的影响。结论表明在传统叁相PWM控制方法中采用的开关频率或在变母线电压六拍控制方法中采用的软件系统扫描频率，对电动机的运行会产生滞后换相的问题；并且随着电动机转速的提高，每一拍内所包含的工作周期个数越来越少，由滞后换相而产生的电流波动会使电动机的运行越来越差。为了给高速无刷直流电动机驱动器的设计提供参考，将滞后换相对绕组电流波动的影响制作到一个表中，开关频率或系统扫描频率的值可以根据性能指标通过查表比较选取。所提出结论的正确性在反作用飞轮调速系统和高速储能飞轮充放电系统中进行了验证。转矩脉动抑制方面，在详细分析换相转矩脉动产生原因的基础上，提出了一种理论上新型的“叁区间调制法”。该方法通过叁相绕组电压的配合调制，使换相过程中关断相电流的下降速度和导通相电流的上升速度在每个PWM周期内保持相等，从原理上消除了换相转矩脉动；该方法还可以通过采用不同的区间比例组合，使换相过程的持续时间根据实际应用要求进行调节。所提出方法简单并能够较大程度的改善电动机性能，非常适合在实际产品中广泛普及。针对如何具体实现叁区间调制法的问题，提出了一种在全速段范围内以最短换相时间消减换相转矩脉动的方法和另外一种适用于低速应用的五段式实现叁区间调制法的PWM调制方法。最终使用一台通用无刷直流电动机调速系统对所提出方法进行了实验验证，取得了良好的效果。最佳换相控制方面，在分析了最佳换相点选取原则的基础上，通过数学推导建立了超前换相角和PWM占空比、母线电压、负载电流的关系表达式；并提出一种在恒转矩负载下适用于变母线电压六拍控制结构的新型低转矩波动超前换相控制方法。该方法通过在每两拍之间插入一小段缓冲区来实现，该缓冲区使下一拍将要切入的电流提前切入，同时使当前拍将要切出的电流延迟切出。通过确定缓冲区的起始位置，即超前换相角的大小，保证每一拍所对应的相电流的中心和反电动势的中心重合，实现最佳换相；方法中转矩脉动的减小通过选取缓冲区内关断相PWM调制的占空比实现。所提出方法实现简单，只需根据额定负载大小将霍尔器件超前放置一个固定的角度即可在全速段实现最佳换相控制。最终通过风扇电机验证了超前换相的必要性；通过通用无刷直流电动机验证了所提出改进型变母线电压六拍控制方法的有效性。无位置传感器控制方面，为了解决传统Y型绕组连接无刷直流电动机的无位置传感器控制方法由于受到中性点电压的干扰，既不能在低转速段准确检测到反电动势过零点信息，又不容易在高转速段捕获反电动势真实值的问题，将叁相H桥结构应用到高速无刷直流电动机的无位置传感器控制中，使叁相绕组中参与导通的两相并联进行供电，同时使未导通相切出电路以进行反电动势过零点检测。由于是绕组并联，每一相利用全部母线电压产生电流；由于未导通相完全切出电路，位置信号检测精度提高。最终将所提出方法分别在小电感电动机和大电感电动机上进行了实现。理论分析和实验结果表明所采用方法不但可以在较高的转速段实现无位置传感器控制，而且可以较大程度的改善零速起动和低速控制精度的问题。所研制样机应用于新一代的高速风扇产品中。
王海峰[4]2003年在《无刷直流电动机转矩脉动控制技术的研究》文中指出随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的不断提高，无刷直流电动机系统在高性能运动控制领域越来越受到重视。无刷直流电动机系统具有功率密度大、响应速度快、控制灵活方便、使用安全可靠等突出优点，并且本身没有机械结构的电刷换向器装置，不存在电火花及相应的电磁干扰，因而，更适合应用于一些特殊应用场合，如武器系统、航空航天、精密机械、机器人传动以及车辆、船舶和水下航行器的驱动。然而，无刷直流电动机具有较大的转矩脉动，而对于这些应用场合，转矩平滑通常是基本要求。因此，对无刷直流电动机的应用，必须考虑其转矩脉动的抑制问题。 本文从无刷直流电动机及其控制系统的基本结构出发，对转矩脉动及其补偿方法进行了较为细致的分析。针对不同情况，通过改进电机的控制系统，提出了多种补偿转矩脉动的控制方法。主要内容如下： 1、基于定子磁链方程，建立了正弦波无刷直流电动机的一般数学模型。经坐标变换，得出在静止两相(α-β)坐标系和旋转两相(d-q)坐标系下正弦波无刷直流电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了正弦波无刷直流电动机i_d=0矢量控制系统的工作原理，介绍了无刷直流电动机转矩控制的基本概念。经对无刷直流电动机系统进行分析，推导并建立了i_d=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、对造成转矩脉动的主要成分转矩纹波进行谐波分析，得出在一般假设情况下，无刷直流电动机系统的转矩纹波由电磁转矩的±6n次谐波造成的结论。并进行了仿真验证。 4、对系统相电流存在直流偏差和波形、相位偏差时的电磁转矩进行了研究，得出以下结论：相电流直流偏差会产生与基波频率一致的转矩脉动；相电流基波幅值的偏差会导致2倍基波频率的转矩脉动；相电流ⅴ次谐波会导致(ⅴ±1)次谐波转矩。通过实验仿真验证了上述推导结果的正确。 5、分析研究了转矩脉动补偿的基本原理，得出结论：在定子相电流中加入一定频率、幅值和相位的谐波电流就能消除某一转矩谐波。消除转矩脉动可以通过对定子电流加入谐波的方式完成。分析了谐波加入法消除转矩脉动的原理和 摘要 不足。6、建立了考虑转子磁链谐波影响的正弦波无刷直流电机的数学模型。基于模型 参考自适应控制原理，设计了一种转矩脉动自适应控制系统。讨论了自适应 控制系统的稳定性。研究了系统的控制性能。讨论了在不同转速下，系统对 转矩脉动的控制效果。利用Matlab/simulink建立仿真模型，对控制性能进行 了验证。7、为避免对电机转子磁链进行傅里叶谐波分析，根据卡尔曼滤波器原理，设计 了一种电机磁链估计器，在(a一刀)坐标系下，对引起电机转矩脉动的电机磁 链进行估计，并以此估计值设计电机定子电流波形，实现对转矩脉动的控制。 通过仿真对控制效果进行了分析。8、设计了一种新型干扰观测器，对其控制结构进行了理论分析。以此为基础， 设计了一种基于干扰观测器的转矩脉动控制系统。该系统将负载转矩、转矩 纹波以及由电机参数的变化引起的转矩干扰作为系统干扰，用干扰观测器进 行观测，以此为基础对转矩脉动进行补偿，实现对转矩脉动的抑制。分析了 该控制系统对转矩脉动的控制效果。讨论了该控制器的应用范围。9、对基于干扰观测器的转矩脉动控制系统进行了改进，设计了一种模糊推理控 制器，根据电机速度和负载转矩的变化调整干扰观测器的增益，保证了转矩 脉动控制系统的控制精度，并扩大了其运行范围。
张力伟[5]2017年在《电动摩托车用永磁无刷直流电机电磁噪声抑制技术的研究》文中提出电机噪声表现是电机评价体系中非常重要的评价指标。我们通过噪声频谱曲线可以轻易区分出电机噪声过大是由于电机结构与控制技术引起的电磁噪声,还是机加工艺或轴承损坏引起的机械振动噪声,还是风扇叶片和气道设计引起的气动噪声。所以,行业中常把电机噪声测试作为电机性能评价的一种快速检测项目。因此,本文对永磁无刷直流电机噪声产生机理和抑制技术进行深入研究,尤其是对电机因控制技术缺陷而引起的转矩脉动等电磁噪声进行了详细分析和计算,进而提出抑制措施和解决办法。首先,本文对电动摩托车用永磁无刷直流电机的结构和原理以及常用的PWM控制技术进行了基本的介绍。并结合目前国家旋转电机噪声测试标准和电动摩托车用电机噪声测试标准进行了电动摩托车用电机噪声测试方法的介绍。同时,对大量电机噪声测试数据进行分析和研究,找出电动摩托车用永磁无刷直流电机噪声产生的机理,并对超标原因进行分析。其次,着重对永磁无刷直流电机PWM控制特性引起的转矩脉动等电磁噪声进行详细的理论分析和测试数据分析,分析换相转矩脉动的产生机理。最后,本文提出了一种新型的控制策略——滞环电流跟踪技术,并将其应用在电动摩托车无刷直流电机控制器上,以达到抑制转矩脉动的目的,从而大大降低电动摩托车用永磁无刷直流电机因转矩脉动而引起的电磁噪声。并通过噪声测试数据对抑制措施的功效进行了验证。通过分析和试验证明,本文所提出滞环电流跟踪技术的应用,可以大大降低因换相转矩脉动造成的电机电磁噪声。
刘闯[6]2007年在《基于ST7MC的无刷直流电机控制系统设计》文中研究说明随着高性能稀土永磁材料、微电子技术、现代智能控制技术和电力电子技术特别是大功率半导体器件的发展，永磁无刷直流电机得到了越来越迅速的发展和广泛的应用，在许多场合开始逐步取代其它种类的电机。为适应无刷电机的进一步发展，无位置传感器无刷直流电机应运而生，并逐步取代带位置传感器的无刷直流电机，使得无刷直流电机的发展与应用步上一个新的台阶。针对无位置传感器无刷直流电机控制的关键——转子位置检测，本论文提出了基于ST7MC的全数字反电动势法解决方案。以数字滤波器代替模拟滤波器，叁电阻构成输入通道，避免了滤波延时，提高了信噪比；硬件结构简单可靠，集成度高；信号无衰减且灵敏度高。在分析无刷直流电机转矩脉动原因和不同PWM载波方式对电机换相转矩脉动影响的基础上，本论文对PWM载波方式进行了优化，以减小电机换相转矩脉动。在闭环调速时，由于传统的PI调节难以同时满足系统的动、静态性能，所以本论文采用一种智能型PI调节器。其响应速度快，超调量小，动态性能指标优越，鲁棒性强；具有参数自调整能力，可适应各种复杂工况，大大提高了系统性能。本论文基于ST7MC单片机完成了无位置传感器无刷直流电机控制系统的软硬件设计，系统集成度高、外围设计简单、系统成本低且能保持很高的控制精度和性能。
杨巧玲[7]2008年在《无刷直流电机自抗扰控制系统研究》文中进行了进一步梳理永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor)是一种性能优越、应用前景广阔的电机,它的进一步推广应用,在很大程度上有赖于对控制性能的提高。永磁无刷直流电机具有时变、非线性、强耦合等特征。传统的控制策略虽然算法简单、快速性好、控制精度高,但在被控对象数学模型不确定或为非线性时,通常较难满足系统要求的静、动态性能指标。基于人工智能的控制方法,具有无需依赖控制对象精确的数学模型和能够抑制时变、参数扰动等因素对系统影响的特性,但由于运算量大、控制规则不易调整等致使控制效果不够理想。因此,寻求一种更加适合BLDCM控制系统的控制策略势在必行。一种新型的非线性控制器——自抗扰控制器(Auto-disturbances-rejection Controller)的提出为解决这样一个问题提供了契机。自抗扰控制器是一种不依赖于系统模型的非线性控制器,它通过非线性变换,将非线性系统实时动态地转化为线性系统的积分串联型结构,从而实现动态系统的反馈线性化,具有超调低、收敛速度快、精度高、抗干扰能力强等特点。综上所述,提出了无刷直流电动机自抗扰控制方案。该控制方案不需要精确电机参数就可以实现干扰补偿,控制器的设计也不需要建立电机的精确数学模型。自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内、外扰,据此将电机等效为由两个线性系统构成的串联对象,然后设计两个一阶自抗扰控制器实现对电机的内、外环控制。在此基础上在Matlab/simulink中进行了仿真试验。仿真结果表明,自抗扰控制器对无刷直流电动机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制器算法简单,系统具有良好的动态响应性能。
孟鑫[8]2012年在《无刷直流电机无位置传感器控制系统研究》文中认为无刷直流电动机是随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电机,它是现代工业设备中重要的运动部件。无刷直流电动机的最大特点是没有由电刷和换向器组成的机械接触机构,因而具有运行可靠、寿命长、没有电火花等优点。对无刷直流电机控制系统的研究一直是国内外学者研究的热点,特别是数字信号处理器的出现,极大地推动了无刷直流电动机控制技术不断地向集成化和智能化的方向发展。本文首先以无刷直流电动机的结构为出发点,分析说明了其工作原理,直接以电机的相变量建立简单的数学模型,并在此基础上讨论无刷直流电动机的各种运行特性。然后对无位置传感器控制系统中的几项关键技术做了详细地论述：包括转子位置检测、电机起动技术和转矩脉动的抑制。其中,针对传统的“叁段式”起动方法的定位阶段做了优化,提出“连续二次定位”的方法。接着完成了对控制系统硬件平台的搭建和对软件系统构架的设计。控制系统采用TI公司的TMS320LF2407A作为控制核心,对其外围电路做了具体介绍,包括电源转换电路、JTAG接口电路和时钟电路等,同时自行设计了系统的逆变器电路和检测电路。软件部分采用模块化的思想,在DSP集成开发环境CCS2000下,利用汇编语言完成项目程序的编写工作。最后,以上海瑞克科技有限公司生产的602W-50型无刷直流电机为实验对象进行控制系统的调试工作,给出了试验波形来证明方案的可行性。同时对本文的工作进行了总结和展望。
蒋达[9]2012年在《新型无刷直流电动机建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理无刷直流电动机是在永磁直流电动机基础上发展起来的,虽保留了直流电动机的众多优良特性,解决了直流电动机由机械换向带来的弊端,但也具有换相转矩脉动大的缺陷和交流电动机固有的弱点。鉴于此,本文针对永磁直流电动机依靠机械换向装置进行机械换向的缺点和无刷直流电动机转矩脉动大、交流特性明显的问题,拟从电动机本体结构出发,结合永磁直流电动机的电枢绕组结构和无刷直流电动机的电子换相电路,以解决传统无刷直流电动机换相转矩脉动明显的问题为核心,围绕着新型电动机的数学模型、电枢绕组结构、电子换向电路、换向转矩脉动等几个关键技术为研究点,依据电机学原理,建立一种理论上有突破、关键技术上有创新的新型无刷直流电动机模型。实现一种综合永磁直流电动机和无刷直流电动机的优点,又能克服两者缺陷的新型电动机。论文主要内容如下：建立新型无刷直流电动机的数学模型；设计出简单实用的电枢绕组结构和电子换向电路；推导出它的换向转矩脉动以及换向时各线圈元件电流表达式；研究出定子槽数与转子永磁体极对数组合的不同对电动机性能影响的规律；最后在MATLAB/SIMULINK上建立新型无刷直流电动机与传统无刷直流电动机的仿真模型,分析它们的电流波形和电磁转矩波形,找出两种电动机性能的优劣。通过仿真分析表明：新型无刷直流电机既解决了直流电动机的机械换向的问题,又解决了无刷直流电动机换相转矩脉动大的缺陷。
张辉[10]2007年在《永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究》文中指出随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的提高,永磁无刷直流电机的性能不断得到提高,广泛的应用于武器系统、航空航天、电梯拖动和交流伺服等运动控制领域。然而,无刷直流电动机具有较大的转矩波动,而对于这些应用场合,转矩平滑通常是基本的要求。因此,对无刷直流电动机的应用,必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文以正弦波无刷直流电动机为研究对象,对转矩波动问题进行了较为细致的理论分析。正弦波无刷直流电动机的转矩波动由两部分组成,分别是齿槽定位力矩和电磁波动力矩。基于无刷直流电动机的数学模型分析了电磁波动力矩产生的机理,推导了电磁波动力矩含有的主要谐波成分,这对于转矩波动的抑制研究具有重要的意义。针对永磁电机齿槽定位力矩的固有问题,分析了齿槽定位力矩产生的机理。在基于i_d=0的矢量控制基础之上,提出了一种谐波电流注入的方法在控制中对其进行补偿,抑制了由于定位力矩引起的速度波动,从而减小了对电机低速性能的影响。该方法通过在q轴给定电流中附加一个补偿给定电流,使之产生的电磁转矩与定位力矩大小相等,方向相反,从而对定位力矩进行补偿。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。正弦波无刷直流电动机转子磁链在工作中会随电机的工作温度和电机磁路饱和程度的变化而缓慢变化。对于这一问题,本文设计了一种模型参考自适应控制系统。该系统能够有效跟踪电机转子磁链的变化,对电机转子磁链进行估计,并以此估计值构造电机定子电流波形,从而消除由磁链含有谐波而导致的电机转矩波动。经仿真验证,该模型参考自适应控制系统对转矩波动的抑制取得了较好效果。
参考文献：
[1]. 冰箱压缩机高压无刷直流电动机及控制系统研究[D]. 张智伟. 湖北工业大学. 2007
[2]. 无刷直流电机无位置传感器控制技术的研究[D]. 张相军. 上海大学. 2001
[3]. 无刷直流电动机高性能驱动控制技术研究[D]. 石坚. 哈尔滨工业大学. 2013
[4]. 无刷直流电动机转矩脉动控制技术的研究[D]. 王海峰. 西北工业大学. 2003
[5]. 电动摩托车用永磁无刷直流电机电磁噪声抑制技术的研究[D]. 张力伟. 西安建筑科技大学. 2017
[6]. 基于ST7MC的无刷直流电机控制系统设计[D]. 刘闯. 浙江大学. 2007
[7]. 无刷直流电机自抗扰控制系统研究[D]. 杨巧玲. 兰州理工大学. 2008
[8]. 无刷直流电机无位置传感器控制系统研究[D]. 孟鑫. 大连海事大学. 2012
[9]. 新型无刷直流电动机建模与仿真研究[D]. 蒋达. 广西大学. 2012
[10]. 永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究[D]. 张辉. 哈尔滨工业大学. 2007
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