無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)波動(dòng)力矩的抑制方法
王 強(qiáng) 孫 力 陸永平（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
摘 要 介紹幾種抑制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)波動(dòng)力矩的主要方法，并對(duì)這些方法進(jìn)行比較。
敘 詞 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)波動(dòng)力矩抑制
1 引 言
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有良好的控制特性、大的峰值力矩和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，因而在高精度位置和速率系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于這類高精度系統(tǒng)，波動(dòng)力矩是一項(xiàng)重要指標(biāo)，影響著速率和位置精度，因此抑制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的波動(dòng)力矩具有重要的意義，本文對(duì)抑制波動(dòng)力矩的方法進(jìn)行了分類介紹。
2 波動(dòng)力矩的幾種主要抑制方法
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的波動(dòng)力矩可分為兩種成分，即電磁波動(dòng)力矩和齒槽波動(dòng)力矩，對(duì)于表面磁鋼無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)齒極配合和采用分?jǐn)?shù)槽繞組結(jié)構(gòu)，可以充分抑制齒槽波動(dòng)力矩，波動(dòng)力矩的主要成分是電磁波動(dòng)力矩。電磁波動(dòng)力矩主要是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)三相電流和反電勢(shì)的恒定分量偏差、幅值偏差、相位偏差以及諧波成分產(chǎn)生的。根據(jù)波動(dòng)力矩來(lái)源于電流和反電勢(shì)偏差這一特點(diǎn)，可將抑制波動(dòng)力矩的各種方法作如下分類。
諧波消去法
力矩前饋法
力矩反饋法
直接力矩反饋法
間接力矩反饋法
磁場(chǎng)正弦化設(shè)計(jì)法
2.1諧波消去法
根據(jù)電磁波動(dòng)力矩的產(chǎn)生原理，文獻(xiàn)[1]首先提出了必須根據(jù)氣隙磁密波形決定繞組電流波形，以消除電磁波動(dòng)力矩，即諧波消去法。其主要的目的是消除電流和反電勢(shì)諧波成分產(chǎn)生的波動(dòng)力矩，其基本原理如下：
當(dāng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電流或反電勢(shì)含有諧波分量時(shí)，系統(tǒng)的平均電磁力矩和諧波力矩可表示為：
根據(jù)測(cè)得的或計(jì)算而得的各次電勢(shì)諧波成分，即可求解出****電流波形的各次諧波，從而得到了****電流波形，用它作為相電流參考信號(hào)，以抑制反電勢(shì)諧波產(chǎn)生的波動(dòng)力矩，文獻(xiàn)[2]首先給出了這種方法的完整描述，文獻(xiàn)[3]介紹了獲取/mk的各種方法，原理上并沒有什么變化。文獻(xiàn)[4]計(jì)算了不同定子電流對(duì)/mk的影響，根據(jù)定子電流的數(shù)值，考慮電樞反應(yīng)對(duì)電勢(shì)諧波的影響，進(jìn)而計(jì)算出該電流下的/mk。
仿真和實(shí)驗(yàn)研究表明，諧波消去法抑制較大的電勢(shì)諧波產(chǎn)生的波動(dòng)力矩較為明顯，或者只可將波動(dòng)力矩抑制于一定的水平。這是因?yàn)�，該方法�?duì)電流調(diào)節(jié)器的帶寬有較高的要求，正常情況下，電流調(diào)節(jié)器無(wú)法使相電流完全復(fù)現(xiàn)電流指令中的各次諧波成分，因此，諧波消去法的作用是有限的。
2.2力矩前饋法
力矩前饋法是諧波消去法的發(fā)展，諧波消去法本質(zhì)上是一種開環(huán)方法，力矩前饋法與諧波消去法依據(jù)相同的原理，即用電流的諧波成分消除電勢(shì)諧波成分產(chǎn)生的波動(dòng)力矩。與諧波消去不同，力矩前饋法是一種實(shí)時(shí)、在線補(bǔ)漏方法。
圖1是一種典型的用力矩前饋補(bǔ)償方法抑制波動(dòng)力矩的系統(tǒng)的原理圖，其基本原理是，建立反電勢(shì)或力矩觀測(cè)器，由同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程估計(jì)出電勢(shì)或力矩的諧波成分，根據(jù)電勢(shì)或力矩諧波計(jì)算出電流指令i和i中應(yīng)包含的諧波成分，控制三相電流產(chǎn)生相應(yīng)的諧波成分，抑制波動(dòng)力矩。
力矩前饋法比較復(fù)雜，對(duì)采樣、檢測(cè)電路的精度要求較高，需要快速的數(shù)字信號(hào)處理 器，實(shí)現(xiàn)困難，其方法和技術(shù)尚不成熟，仍處反饋方法抑制波動(dòng)力矩的于研究階段，文獻(xiàn)報(bào)道也較少[5]。
2.3力矩反饋法
力矩反饋方法是以瞬時(shí)力矩作被控量，根據(jù)獲取的反饋力矩信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)力矩的直接控制，因此也稱之為瞬時(shí)力矩控制 |
