无刷无感直流电机控制算法研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文 献 综 述

一、 前言

无刷直流电机具有功率密度高、控制方便、结构紧凑、运行可靠等显著优点,在电动车辆、伺服系统、机器人及家用电器等领域得到了非常广泛的应用,但由于位置传感器带来的多余费用及无法在苛刻条件下使用等问题,人们不得不开始通过研究无位置传感器的控制方式来解决它。无传感器控制的关键技术之一是利用电机运行过程中的电磁信号来准确推算出转子位置,完成电流换向,最终实现位置传感器的功能。在电机运行速度很慢或者静止的情况下,我们很难通过微弱的电磁信号来获取准确的位置信号,因此电机能否顺利启动也是一个非常关键的步骤。在过去的三十几年里,各种各样构思巧妙的无传感器控制方案被相继提出,调速范围也不断得到扩展。特别是近年来,随着数字信号处理技术的飞速发展,大量高速度高精度的数字信号处理器(DSP)、微处理器相继问世,在精度和实时性保证下,无传感器控制方案也向更加智能更加复杂的方向发展。结合了模糊控制PID、智能控制等先进控制方式的算法,大大提高了电机控制系统的可行性。

二、 研究现状

目前,国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟,我国已经制定了无刷直流电机通用规范: GJB1863。外国的某些技术和中国的一些技术大体差不多,其中美国和日本的技术相对比较先进。当新型功率半导体器件: MOSFET、GTR、IGBT等的出现,以及钕铁硼、钐鈷等高性能的永磁材料的出现,全都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来,计算机和控制技术的快速发展,单片机、FPGA、DSP、CPLD等控制器被应用到直流电机控制系统中,一些先进控制技术也同时被应用到了无刷直流电机控制系统中,这些技术发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。

经过最近几十年的发展,我国对无刷电机的控制已经有了非常大的提高,但是与国外的技术相比还是相差很远,仍然需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[1]

三、 原理及实现

(1)无刷无感直流电动机基本工作原理

无位置传感器无刷直流电动机的工作原理是:首先,通过转子的位置信号,判断当前转子的位置;然后,再根据转子的位置来改变驱动逆变电路中功率开关器件的开断,使电枢绕组按一定顺序馈电,使其在气隙中产生步进式旋转磁场,拖动永磁转子旋转;最后,随着转子的转动,转子的位置信号将根据一定规律变化,同时改变电枢绕组的通电状态,实现无刷直流电动机的转动[2]

(2)控制结构示意图

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