吳 昊，孫新亞，吉吟東(清華大學(xué)自動化系，北京100084)
摘 要：針對梯形波反電動勢的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動較大的問題，提出了一種****控制算法。首先從電動機(jī)模型入手，在分析了影響電磁轉(zhuǎn)矩的因素之后，選擇定子電流作為控制對象，然后通過適當(dāng)?shù)目刂坡�，�?***控制應(yīng)用于定子電流，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩脈動的抑制。仿真結(jié)果表明，****控制可以在很大的調(diào)速范圍內(nèi)有效地抑制轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速誤差。算法簡單且易于實(shí)現(xiàn)，能夠滿足很多高性能場合的應(yīng)用要求。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機(jī)；梯形波反電動勢；轉(zhuǎn)矩脈動；****控制
0 引 言
永磁同步電機(jī)(PMSM)由于有著很高的功率密度、電機(jī)效率和優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩性能，近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。從反電動勢的波形來看，永磁同步電機(jī)可以劃分為梯形波反電動勢的無刷直流電機(jī)(BL,DCM)和正弦波反電動勢的永磁同步電機(jī)(BLACM)¨J。相對于BLACM，B][_,DCM的磁鏈中含有無法忽略的高次諧波分量，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動較大，無法實(shí)現(xiàn)更高精度地速度控制。而且，當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)矩脈動通常被電機(jī)的機(jī)械慣性消除，但在低速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)矩脈動往往表現(xiàn)為較大的轉(zhuǎn)速誤差，限制了BDCM的應(yīng)用。轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生主要有三個原因：齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動、電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動和電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動等，其中，齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動需要通過優(yōu)化電機(jī)設(shè)計來消除；電流換向引起的轉(zhuǎn)矩脈動可以通過適當(dāng)?shù)腜WM調(diào)制來消除，而對于電磁因素引起的轉(zhuǎn)矩脈動，文獻(xiàn)[3]采用諧波消去法，在分析了由高次諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動之后，給恒流源通以特定形式的補(bǔ)償電流，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)矩脈動大小相等、相位相反的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，從而大大降低了轉(zhuǎn)矩脈動，但產(chǎn)生該電流的難度較大，使諧波消去法的應(yīng)用受到了限制。文獻(xiàn)[4]采用卡爾曼濾波，通過磁鏈估計器對轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行補(bǔ)償，可以同時修正測量誤差和模型誤差，在很大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩脈動的抑制。然而該方法控制較為復(fù)雜，成本很高。本文通過****控制實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動的有效抑制。
1 系統(tǒng)模型
在d-q坐標(biāo)系下，電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以表示為：
由圖5至圖7可見，在1 O％額定轉(zhuǎn)速的低速情況下，****控制仍然很有效，尤其體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速誤差減小為原先的4．3％，有效地擴(kuò)大了B LD C M的調(diào)速范圍。通過對圖2和圖5、表2和表3的比較，可以很明顯地發(fā)現(xiàn)，****控制算法在低速時更有效，而隨著轉(zhuǎn)速的升高，效果逐漸減弱。
4 結(jié) 論
本文針對梯形波反電動勢的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動較大的問題，提出了一種****控制算法。
該算法通過對定子電流的精確控制實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)矩脈動的有效抑制，具有以下特點(diǎn)：
1)有效性：****控制算法在高速和低速時都很有效，可以將轉(zhuǎn)矩脈動降低三分之二以上，轉(zhuǎn)速誤差降低80％。
2)更大的調(diào)速范圍：****控制算法擴(kuò)大了無刷直流電機(jī)的調(diào)速范圍，在10％額定轉(zhuǎn)速以下仍然有效，且隨著轉(zhuǎn)速的降低，算法的效果更加明顯。
3)算法簡單且易實(shí)現(xiàn)：****控制算法對低維矩陣進(jìn)行簡單操作，算法開銷小，易于通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。
隨著高性能數(shù)字信號處理器的推廣，****控制算法將使無刷直流電機(jī)可以應(yīng)用于更多的高性能要求場合，如航空航天和機(jī)器人控制等領(lǐng)域。
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