基于分时换相优化策略的无刷直流电机直接转矩控制
基于提前换相法的无刷电机转矩波动控制
基于提前换相法的无刷电机转矩波动控制杨晓武;叶汉民;卿启新【摘要】无刷直流电机具有输出转矩大,良好的静、动态调速性能等优点而广泛应用于工业自动化,汽车及航空航天等领域.但电磁转矩波动是无刷直流电机固有的特性之一,它一直制约着无刷直流电机在控制性能要求较高的应用领域的应用,针对无刷直流电机换相时引起的电磁转矩波动,分析其原因,并且提出提前导通换相的方法控制电磁转矩波动.该方法通过设置提前导通角,加快了换相相的电流上升速度,使得跟关闭相的电流衰减率相匹配,目的是使非换相相的电流幅度波动趋于零,从而达到抑制电机转矩波动的目的.最后通过Matlab建立仿真系统,证实了该方法的正确性及推广前景.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)019【总页数】3页(P156-158)【关键词】无刷直流电机;转矩波动;电流换相;导通角【作者】杨晓武;叶汉民;卿启新【作者单位】桂林理工大学,机械与控制工程学院,广西,桂林,541004;桂林理工大学,机械与控制工程学院,广西,桂林,541004;桂林理工大学,机械与控制工程学院,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】TN919-340 引言无刷直流电机的转矩波动一直是研究的重点，它的产生主要有两方面[1]：第一是电机的本体结构设计所产生，如气隙磁场、齿槽等都可以导致转矩波动，要消除转矩波动需要新型高磁性材料和高精度制造设备，且对电机结构有全新布局。
这都在研究中，但目前来讲是很难的。
第二是电流或电压所导致的，因为在换相时刻的电流电压偏离固有的波形，如在无刷直流电机中，IGBT管的开关，续流二极管的续流，定子上的绕组的电感效应等都会对换相过程中的电流或电压有影响。
根据无刷直流电机的数学方程可以知道电机转矩与线电流，反电动势电压，转子的转速相关，如式(1)所示：Te=P/ω=(eaia+ebib+ecic)/ω(1)式中：ea，eb和ec为三相反电动势；ia，ib和ic为三相电流；ω为转子角速度。
无刷直流电机直接转矩控制
这 种 影 响 的 方法 。
驯 骆ｌ］ ］ （ Ｉ １ － ） ＇ ， ｌ ｒ ｅ ，
式 中 ：Ａ Ｕ 、ｃ 三相 定子 相 电 压 ； Ａｅ 、 ｃ 三 相定 子反 ｕ 、 Ｕ 为 Ｂ ｅ 、 Ｂｅ 为 电势 ； ， 、 为三 相 定 子 电流 ； ｉｉｌ Ａ ｃ Ｂ Ｌ为 定 子 自感 ； 为 定 子 问 互 感 。 Ｍ 对 应 的无 刷 直 流 电机 等 效 电 路 原理 图如 图 １所 示 。
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通过 转 矩 滞 环调 节 器输 出的控 制信 号 和 由位 置传 感 器测 得 的转 子 位 置 选择 相 应 的 空 间 电 压 矢 量 ， 现 对 电机 转 矩 的 直 接 实
无刷直流电机直接转矩控制的优化措施
无刷直流电机直接转矩控制的优化措施作者：纪永生来源：《中国高新科技·上半月》2018年第05期摘要：无刷直流电机具有调速功能优良、结构简单、能量密度高等特点，被广泛应用在医疗器械、国防、交通以及航天航空等领域。
但是无刷直流电机的转矩脉动大，使系统的性能受到极大影响。
基于此，文章首先阐述直接转矩控制的原理，然后对造成无刷直流电机转矩脉动的原因进行分析，并提出无刷直流电机直接转矩控制的优化措施，能够有效抑制转矩脉动，提升电机的转矩特性。
关键词：无刷直流电机；转矩脉动；离散空间矢量文章编号：2096-4137（2018）09-078-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2018.09.121 抑制转矩脉动的重要性随着现代电子技术和微电子技术的发展，无刷直流电机控制技术发展得越加成熟，优越性越加凸显，应用范围越来越广泛。
但无刷直流电机特有的控制特性以及特有结构，在为人们带来新机遇的同时，又带来了严峻的挑战，其应用会产生转矩脉动，使其在高精度、高稳定性、更加广泛领域中的应用受到了很大限制。
对于无刷直流电机来说，转矩脉动是其运行过程中最需要关注的一个重要问题，所以，分析探索更好的控制方法，有效抑制转矩脉动，提升电机的转矩特性，具有十分重要的现实意义。
2 直接转矩控制的原理无刷直流电机的转矩的大小不但与转子、定子的磁链幅度有关，还与定子和转子的磁链夹角有关。
直接转矩控制的核心思想是：在幅值不变的情况下，其夹角从0°到90°，其电磁转矩就会随之从0变到最大。
也就是说，通过对夹角的控制能有效控制转矩。
转矩受到电压矢量的影响主要体现在转子和定子磁链夹角的控制作用，电机在运行过程中，定子的磁链幅值是额定值且恒定，而转子的磁链取决于负载。
要想优化控制转矩，必须改变转子和定子的磁链夹角，通过改变电压矢量来完成。
零电压矢量让定子磁链停，而工作的电压矢量则让定子磁链走，电压矢量控制其走停动作。
基于分段调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统研究的开题报告
基于分段调制策略的永磁同步电机直接转矩控制系统研究的开题报告一、选题背景永磁同步电机作为一种高效、高功率密度、体积小的电动机，被广泛应用于机器人、电动汽车、电力工具等领域。
同时，永磁同步电机具有响应速度快、能量利用率高、扭矩稳定等特点，使其在高性能电机控制系统中有着广泛应用。
目前国内外研究永磁同步电机的控制主要集中在两种策略：矢量控制和直接转矩控制。
基于矢量控制的永磁同步电机控制方法具有较好的性能，但存在计算量大、控制算法复杂等问题；而直接转矩控制方法则直接控制电机的电磁转矩，具有控制简单、响应快等特点。
因此，直接转矩控制方法也被广泛研究和应用。
在直接转矩控制方法中，分段调制策略被认为是一种简单有效的控制方法，它可以有效增强系统鲁棒性、减少控制器计算量、提高系统控制精度等。
因此，本研究将基于分段调制策略开展永磁同步电机的直接转矩控制方法研究。
二、研究内容及计划1、分析永磁同步电机的基本结构和工作原理，建立直接转矩控制模型。
2、研究永磁同步电机的直接转矩控制方法，并分析直接转矩控制下永磁同步电机的性能特点。
3、研究分段调制策略在永磁同步电机直接转矩控制中的应用，分析其控制特点和优势。
4、设计永磁同步电机直接转矩控制系统，并进行实验验证。
通过实验分析分段调制策略在永磁同步电机控制中的应用效果、系统性能表现等。
研究计划如下：第一年：建立直接转矩控制模型，分析永磁同步电机直接转矩控制方法，完成对直接转矩控制的理论分析。
第二年：研究分段调制策略在永磁同步电机直接转矩控制中的应用，并进行仿真分析。
第三年：设计永磁同步电机直接转矩控制系统，并进行实验验证，最终完成本课题的研究工作。
三、研究意义和创新点1、本研究针对永磁同步电机直接转矩控制方法，提出了一种简单有效的分段调制策略，可以提高永磁同步电机控制系统的性能。
2、本研究通过实验验证，可以为永磁同步电机直接转矩控制的实际应用提供参考。
3、本研究对于推动永磁同步电机的教学和产业应用具有积极意义。
无刷直流电机直接转矩控制技术的研究
无刷直流电机直接转矩控制技术的研究无刷直流电机直接转矩控制技术的研究摘要：无刷直流电机直接转矩控制技术是电机控制领域的前沿研究方向之一。
本文深入探讨了无刷直流电机直接转矩控制技术的原理和应用，并对其研究进行了总结和展望。
1. 引言无刷直流电机由于其高效、高功率密度和大转矩范围等优点，在工业和汽车行业中得到了广泛应用。
直接转矩控制是一种先进的控制策略，能够在较大转矩和高动态性能的要求下实现对无刷直流电机的高精度控制。
因此，研究无刷直流电机直接转矩控制技术对于提高电机控制系统的性能至关重要。
2. 无刷直流电机直接转矩控制原理无刷直流电机直接转矩控制技术基于磁链定向控制理论，通过控制电流和转子位置来实现对电机的直接转矩控制。
具体而言，直接转矩控制技术通过采集电机的转子位置信号，并结合转子位置和转矩的模型，计算出需要输出的转矩参考值。
然后，通过调整电流控制环节中的电流指令，实现对转矩的精确控制。
3. 无刷直流电机直接转矩控制技术的应用无刷直流电机直接转矩控制技术在伺服系统、电动汽车和风力发电等领域中有着广泛的应用。
在伺服系统中，通过无刷直流电机直接转矩控制技术，可以实现对负载的稳定控制，并具有较高的响应速度和跟踪误差较小等优点。
在电动汽车中，无刷直流电机直接转矩控制技术可以实现对车轮转矩的直接控制，提高了电动汽车的行驶效率和驾驶舒适性。
在风力发电系统中，无刷直流电机直接转矩控制技术可以实现对风力转子叶片的转矩控制，提高了风力发电系统的转能效率。
4. 无刷直流电机直接转矩控制技术的研究进展在无刷直流电机直接转矩控制技术的研究中，目前主要存在以下几个方面的问题：1）电流和转子位置传感器的精确性对控制系统的性能有着重要影响，如何提高传感器的精确性是一个亟需解决的问题；2）电机模型的建立和参数辨识是无刷直流电机直接转矩控制技术研究的关键，目前还需要进一步研究和改进；3）实时控制算法的设计和优化是实现无刷直流电机直接转矩控制的关键，需要探索更加高效和精确的算法。
新型无刷直流电机直接转矩控制
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永磁无刷直流电机直接转矩控制
4、该系统具有很高的成本效益，可以在许多应用领域中进行推广应用。
谢谢观看
二、控制方法的特点和优势
直接转矩控制相较于其他控制方式，具有以下特点和优势：
1、直接扭矩控制：直接转矩控制通过实时计算电机的扭矩和磁链，直接控 制电机的输出扭矩，具有快速的动态响应性能。
2、高鲁棒性：直接转矩控制对电机参数变化具有较强的鲁棒性，可以在电 机参数发生变化时实现较好的控制效果。
3、高效节能：直接转矩控制可以实时调整电机的扭矩输出，使其与实际需 求相匹配，从而达到节能的目的。
结论与展望
本次演示通过对永磁无刷直流电机直接转矩控制系统进行深入研究，得出了 以下结论：
1、直接转矩控制技术可以实现对永磁无刷直流电机的精确控制，具有很快 的动态响应和良好的稳定性。
2、在开关模式选择时，需要考虑电机的电流、电压、转矩等参数，以及系 统的动态响应和稳定性。
3、基于模型的控制系统、PID控制系统、神经网络控制系统等都可以用于直 接转矩控制系统，但需要根据实际情况进行选择和参数整定。
案例二：工业机器人关节驱动
某工业机器人制造商要求设计一个具有高精度、快速响应的关节驱动系统。 通过采用永磁无刷直流电机直接转矩控制方法，实现了对机器人关节位置和速度 的高精度控制。此外，该系统还具有良好的鲁棒性和可靠性，可以在不同环境下 稳定运行。从而提高了机器人的整体性能和生产效率。
结论：
永磁无刷直流电机直接转矩控制是一种先进的电机控制技术，具有许多优点 和实际应用价值。本次演示介绍了该控制方法的基本原理、特点、实现所需硬件 和软件设计，并通过实际案例说明了其在实际应用中的效果。该技术的推广和应 用将有助于提高各种系统的性能、效率和稳定性。
系统设计
1、开关模式选择
一种改进无刷直流电机直接转矩控制方法
一种改进无刷直流电机直接转矩控制方法王松林;谢顺依;张林森【摘要】传统无刷直流电机直接转矩控制策略通常采用两相导通模式,这种方式虽然简化了控制系统结构,但是系统高速时,其与传统脉宽调制电流控制一样,对换相转矩脉动会失去抑制作用.本文将一种改进直接转矩控制方法应用于无刷直流电机控制系统中,以求更好地减少换相引起的转矩脉动.该方法将两相导通模式与三相导通模式的电压空间矢量结合在一起,生成12个可供选择的电压空间矢量,以提高转矩滞环控制的质量.仿真结果表明,该方法能够很好地调整相电流波形以保持转矩平稳控制,特别是高速时换相转矩脉动的抑制性能更为优越.【期刊名称】《鱼雷技术》【年(卷),期】2014(022)001【总页数】5页(P49-53)【关键词】无刷直流电机;直接转矩控制;导通模式;转矩脉动【作者】王松林;谢顺依;张林森【作者单位】海军工程大学兵器工程系,湖北武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,湖北武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】TJ630.32无刷直流电机具有输出转矩大、调速特性优良、损耗小、噪声低、结构简单、维护方便等优点, 在军事装备、工业、民用控制系统等领域得到了广泛应用, 成为最具发展前途的电机产品[1]。
但是, 无刷直流电机的电枢磁场是跳跃式旋转磁场, 即非圆形旋转磁场, 必然存在较大的转矩波动, 制约了其在要求低纹波速度的调速系统和高精度位置伺服控制系统的应用。
为了抑制转矩脉动, 提高转矩动态性能, 有学者将直接转矩控制(direct torque control, DTC)思想引入无刷直流电机控制系统中, 利用其转矩控制的高动态性, 有效地抑制转矩脉动[2-3]。
文献[4]中根据反电动势和电流设计了转矩控制器输出所需的电压来抑制系统的转矩脉动, 实现了无刷直流电机的直接转矩控制。
文献[5]根据无刷直流电机的特殊性, 采用DTC控制时,省略磁链观测部分, 简化了控制系统结构。
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的大小进行了详细分析 为了有效抑制转矩脉动 文献;9" 将带有磁链和转矩观测的直接转矩控制引 用到无刷直流电机中 由于磁链观测器会影响转矩 的精确度 提出通过反电动势和三相电流的方法计 算转矩 采用形状函数的方法计算反电动势 实现 无磁链观测器的直接转矩控制: 无刷直流电机的 直接转矩控制通常划分为 : 个扇区 通过转矩误差 和转子的位置信息选择最优的电压空间矢量' 文 献&基于 : 扇区的无刷直流电机的直接转矩控制采 用三相导通的方式 并提出一种新的开关控制策略 文献[ 提出一种新型零矢量 实现抑制转矩脉动 的效果
?@引@言
无刷直流电机具有直流电机输出转矩大 调速特 性好的优点 也具有交流电机的无电刷 无换向器 结构简单 维护方便等优点 在军事装备 工业 民 用控制系统等领域得到了广泛应用 由于无刷直流电 机齿槽转矩 反电势与电流的非理想性等原因 导致 电机在换相时会产生转矩脉动 降低了其控制精度 影响了它在高性能速度控制领域的发展#9$
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两相导通三相六状态无刷直流电动机拓扑结构 如图 # 所示(#$) &
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传统无刷直流电机直接转矩控制采用两相 #$%h 导通方式" 在换相期间由于非换相电流的波动造成 较大的转矩脉动" 文献(#%) 提出一种基于转矩观测 的分时换相策略的无刷直流电机直接转矩控制方法" 有效抑制了转矩脉动" 但低速运行时超调过大& 文 献(##) 提出了在换相时刻采用三相导通模式下最优 的电压空间矢量" 但需要通过检测端电压% 计算微 分方程来确定续流期是否结束" 增加了计算的难度 也使控制电路变得复杂& 本文将新型零矢量应用到 无刷直流电机的直接转矩控制" 同时通过计算换相 时理想的转矩脉动实现导通方式的选择" 简化并优 化了二三导通的分时换相策略" 并通过仿真验证该 方案的正确性&
589/0(:/ -?@U=M@>NN0MY6@>0ANM010OQM6J?1@JJD* P0N0M>061U @OO@>N=V@1WJ6KKM@JJN?@N0MY6@M=KK1@ S?=>? QLJ@U 0A N=P@9J?LM=AB>0PP6NLN=0Aபைடு நூலகம்JNMLN@BW Q6NN?@M@SLJLKM0Q1@P N?LNN?@0V@MJ?00N0ON?@JK@@U SLJ?=B? S?@A N?@JWJN@PS0MT LN10SJK@@U38N=P@9J?LM=AB0KN=P=XLN=0A JNMLN@BWSLJKM0K0J@U S?=>? U@9 N@MP=A@U QWN?@VL16@0ON0MY6@M=KK1@3)A N?@A0A9>0PP6NLN=0A K@M=0U LNS09K?LJ@>0AU6>N=0A P0U@SLJL9 U0KN@U S?=>? QLJ@U 0A N?@A@SX@M0V@>N0M?WJN@M@J=J>0ANM013-?M06B? N?@P0U@ >061U @V@AN6L11WL>?=@V@ O611JK@@U 0K@MLN=0A S=N?06N0V@MJ?00N LAU @OO@>N=V@1WJ6KKM@JJN0MY6@M=KK1@3)A (LN1LQ b.=P61=AT @AV=M0A9 P@AN LJ=PK1@J=P61LN=0A P0U@10OU=M@>NN0MY6@>0ANM01JWJN@P0OQM6J?1@JJD*P0N0MSLJ>0AJNM6>N@U LAU N?@O@LJ=Q=1=NW0ON?@>0ANM01JWJN@PSLJV@M=O=@U QW@RK@M=P@ANL1J=P61LN=0A3 ;'< =.0>9 QM6J?1@JJD*P0N0M U=M@>NN0MY6@>0ANM01 N0MY6@M=KK1@ N=P@9J?LM=AB>0PP6NLN=0A JNMLN@BW
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基于分时换相优化策略的无刷直流电机直接转矩控制
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摘!要 基于分时换相策略的无刷直流电机直接转矩控制可以有效地抑制转矩脉动 但存在低速运行时转速超调较 高的问题 现提出一种分时换相优化策略 由转矩脉动值决定换相时刻及换相时间长短 在非换相期间采用基于新 型零矢量的三点式滞环控制的两相导通模式 换相期间采用三相导通模式 可最终实现全速运行时无超调 转矩脉 动小的效果 在 (LN1LQ b.=P61=AT 环境下 构建一种简单的无刷直流电机直接转矩控制系统仿真模型 并通过实验仿 真验证了该控制系统的可行性 关键词 无刷直流电机 直接转矩控制 转矩波动 分时换相 中图分类号 -(7: _# -d$'$!!!!文献标志码 8!!!!文章编号 #%%#9:&;&$%#&%'9%%$[9%"
收稿日期 $%#' ## %# 修回日期 $%#' #$ $'
基金项目 $%#" 陕西省科技统筹创新工程计划 $%#;..5#%%7 作者简介 付朝阳#[&# 男 博士 副教授 研究方向为永磁电机及控制
李!聪#[[$ 女 硕士 研究方向为无刷直流电机控制
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