文献综述--无刷直流电机

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无刷直流电机(论文设计)

无刷直流电机(论文设计)

1 绪论无刷直流电机[1](Brushless DC Motor ,简称BLDCM)用电子换相取代了直流电机的机械换相,把永磁材料做成转子,省去了电刷,因而它具有很强的生命力。

无刷直流电机的驱动电路能比较容易的获得方波,反馈装置简单,功率密度高,输出转矩大,控制结构简单,使得BLDCM的应用比直流电机要广泛得多。

1.1 课题研究目的与意义一个世纪以来,电机作为机电能量转换装置,其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。

众所周知,直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点,但是传统的直流电机均采用电刷,以机械方法进行换向,因而存在机械摩擦,由此带来噪声、电火花、无线电千扰以及寿命短等致命弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而大大地限制了它的应用范围,致使目前工农业生产上,大多数采用三相异步电机。

无刷直流电机既具备传统直流电机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗的优点,又具有结构简单、运行可靠、维护方便等独特的优势,特别是与传统直流电机相比,无刷直流电机不采用电刷进行换相,因而不存在机械换相带来的诸多缺点,故在许多高科技领域中应用越来越广泛。

在军事装备领域,使用无刷直流电机能更好地满足快响应、高精度的要求。

对常规武器如雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等,这些随动系统必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度,快速跟踪和准确定位是两个重要的技术指标,其控制器的好坏直接影响着装备战术技术性能,因此,如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点成为研究随动系统的关键。

近十年来,用高新技术武装的各种新型武器如战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现,其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高,这给武器随动系统提出了新的要求。

在民用领域,随着现代电力电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及人工智能技术等高新技术的发展,对电动机的要求从过去简单的提供动力发展到精确控制,从而促进了电动机与电子产品紧密结合的机电一体化产品的发展,如激光加工、机器人、数控机床、柔性制造系统等。

无刷直流电机国内外研究现状简述

无刷直流电机国内外研究现状简述

无刷直流电机国内外研究现状简述一、国内外研究现状简述:有刷直流电动机自出现以来,以其优良的转矩控制特性,最早应用于工农业生产领域,在运动控制领域中占据主导地位。

但是,机械换向问题一直是电流电机的一个弱点,它降低了系统的可靠性,限制了其在很多场合中的使用。

为了取代有刷直流电机的机械换向装置,人们进行了长期的探索。

1955年美国的D.Harrison首次申请用晶体管的换相线路代替有刷直流电机的机械电刷的专利,标志现代无刷直流电机的诞生。

而后又经过人们多年的努力,使科学技术飞速的发展,带来了半导体技术的飞跃,开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。

现今,无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体,形成新一代的电动调速系统,这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。

无刷直流电机的优越调速性能(主要表现在:调速方便,调速范围宽,低速性能好,运行平稳,噪音低,效率高)将使无刷直流电机的应用更加普及。

由于无刷直流电机的应用前景广阔,各国都加快对无刷直流电机新产品开发的速度和占领市场的力度,尤其美国和日本及西方国家具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术。

因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。

在我国,无刷直流电机的发展时间较短,但随着技术的日益成熟与完善也得到了快速的发展。

我国直流无刷电机的研制工作始于二十世纪70年代初期,主要集中在一些科研院所和高等院校。

但限于我国元器件制造工艺能力水平较低,与国际相比差距较大,所以目前我国在无刷直流电机领域仍不是技术强国。

我国的无刷直流电机已在航空航天、电动车、家用电器等多个领域得到广泛应用,并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。

并且,我国目前是世界最大的永磁体(生产无刷电机的主要原材料)生产供应基地,中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。

并在技术上不断推进行业发展。

但是,中国在无刷直流电机产业的发展过程中出现了不少的问题,如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品;技术密集型产品明显落后于发达工业国家;产业能耗大、环境污染严重;企业总体规模小、技术创新能力薄弱等。

电机文献综述

电机文献综述

电机文献综述(08级)学生姓名金其超学号 ******** 院系工学院机电系专业自动化 082填写日期2010-09-27电机行业综述前言电机行业是一个传统的行业。

经过200多年的发展,它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础,是国民经济中重要的一环。

作为劳动密集型产业,我国发展电机制造业有着得天独厚的优势。

到目前为止,我国的电机制造业已经具有一定规模。

据全国电工行业统计,2006年全国交流电机产量达到15000万kw,同比增16%;汽轮发电机9583万kw,同比增长21.64%,水轮发电机组1922万kw,同比增长49.57%。

在经过了2006年下半年的低速发展之后,2007年到现在,我国电机制造行业保持高速发展态势。

电机出口市场的需求还将在相当一个时期趋于稳定,交流电动机的国际市场需求也十分可观,并将持续处于高速增长阶段。

随着电机产品国外市场的进一步拓宽,中小型电机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上将会有重大突破。

未来出口电机产量增长主要外部原因在于世界经济稳定增长,促进了行业贸易产量的增长。

内因是国内出口退税率改革导致企业加快出口步伐,及国内外资企业规模的不断扩大和数量的快速增加,产品竞争提高,在国内形成巨大的效益,也刺激了出口上升。

随着生产现代化程度的不断提高和人们对家用电器、汽车等消费的不断增加,市场对电机的需求也将越来越大。

预计到2010年,全国发电装机容量将达到6.6亿千瓦左右,平均每年将投产发电装机容量3700万千瓦以上,年均增长7.8%左右。

而电动机的需求与发电设备的需求呈1∶3.51的正比关系,据此分析,大型、中小型交流电动机产品在国内市场的有效需求会保持稳定增长。

正文电机的起源和发展电机工作基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。

电动机结构主要包括两部分:转子和定子。

转子为电动机的旋转部分,由转轴座组成,导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。

无刷直流电机论文(刘志强)

无刷直流电机论文(刘志强)

【摘要】永磁无刷直流电动机(BLDC)是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。

它是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。

由于无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点, 因此成为研究热点。

本文以无刷直流电动机(BLDC)为控制对象,应用DSP为微处理器进行了无刷直流电动机控制系统的软硬件设计。

无刷直流电动机控制系统是具有数字化特点的电动机控制系统,通过数字信号处理器与相关模拟电路的组合,成功地实现了对电机控制的数字化处理。

经过实验表明控制系统满足了无刷直流电动机高性能伺服控制所需参数的准确性与实时性要求。

系统硬件采用以TMS320LF2407为处理器;逆变器采用以IGBT构成的全桥电路,并采用光耦3140对其驱动;设计了硬件互锁电路,在硬件上防止逆变器的上桥臂与下桥臂的直通;同时设计了必要的保护电路(包括过流保护、过压保护等保护电路)。

整个系统的硬件设计采取了很多EMC措施,采用控制电路与驱动电路分两块PCB板的设计方法,增强了系统的可靠性。

系统软件采用C语言编写的程序,整个控制系统软件将采用主程序、服务子程序和中断子程序所组成。

主程序完成芯片初始化、变量的初始化等。

服务子程序完成A/D转换、键盘扫描、数字PI控制、软件换相、PWM产生等。

【关键词】无刷直流电动机DSP数字化处理伺服控制【Abstract】Brushless Direct Current Motor is a new type motor which developed on base of Direct Current Motor due to the advancement of the power electronics 、motor control technology and microprocessor . Because this type of motor not only have the merit of the AC induction motor for simple structure、reliable operation and easy upholding but also have the merit of the Direct Current Motor for high performance、no lose and easy control. the research and application of it has draw lots of attention of the researchers in this field in resent years.The design use Brushless Direct Current Motor as an object, completing the design of high performance control system of BLDC based on DSP. The system has the characteristic of digital motor control ,Via assembled DSP and analogue circuit accomplishing the digital control of motor. Experimentation indicates the system fulfill the demand of veracity and real time for the high performance servo control system of BLDCThe hardware of the system use the TMS320LF2407 as the microprocessor; the converters is made of the IGBT to form the bridge circuit and the drive circuit is made of the optocouple. In order to avoid the direct shoot of the bridge the design also consider the protection of it and the protection circuit is offeredin the design. Many EMC method is adopted throughout the design of hardware.The C program is offered here .The structure of the software of the whole design is made of the main program、subprogram and interrupt program . main program finish the initiation of the chip and variable of the program. The interrupt program and subprogram finished the tasks of A/D transform、the scan of the keyboard 、digital PI control、the converting of the phase and PWM generating edc .【Key Words】Brushless Direct Current MotorDSPdigital control of motorservo control system目录第1章绪论-5-1.1 引言 (5)1.2无刷直流电动机国内外研究概况 (6)1.3 无刷直流电动机的基本组成环节 (8)1.4 无刷直流电动机的基本工作原理 (10)1.5 磁极位置信号的检测 (10)1.6 本论文的主要工作.................. 错误!未定义书签。

无刷直流电机控制技术综述

无刷直流电机控制技术综述

无刷直流电机控制技术综述一、本文概述随着科技的飞速发展和工业自动化的深入推进,无刷直流电机(Brushless DC Motor, BLDCM)控制技术日益受到广泛关注。

无刷直流电机以其高效、节能、长寿命等优点,在电动工具、电动车、航空航天、机器人等领域得到广泛应用。

本文旨在对无刷直流电机控制技术进行综述,介绍其基本原理、发展历程、主要控制策略以及未来发展趋势,以期为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。

本文将对无刷直流电机的基本结构和工作原理进行简要介绍,为后续的控制技术分析奠定基础。

通过回顾无刷直流电机控制技术的发展历程,揭示其从简单的开环控制到复杂的闭环控制,再到智能控制的演变过程。

接着,重点介绍几种主流的无刷直流电机控制策略,包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等,并分析它们在不同应用场景下的优缺点。

还将探讨无刷直流电机在高速、高精度、高效率等方面的特殊控制需求及其解决方案。

本文将对无刷直流电机控制技术的未来发展趋势进行展望,包括控制算法的优化与创新、新型功率电子器件的应用、以及电机与控制系统的一体化设计等。

通过本文的综述,读者可以对无刷直流电机控制技术有一个全面而深入的了解,为相关领域的研究和实践提供有益的启示和指导。

二、无刷直流电机的基本原理与结构无刷直流电机(Brushless Direct Current,简称BLDC)是一种采用电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。

其基本工作原理和结构与传统直流电机有所不同,因此在控制上也具有其独特之处。

基本原理:无刷直流电机的工作原理基于电子换向技术。

它利用电子开关器件(如功率晶体管或功率MOSFET)实现对电机电流的换向控制,从而改变了电机转子的旋转方向。

与传统直流电机相比,无刷直流电机省去了机械换向器和电刷,因此具有更高的运行效率和更长的使用寿命。

结构特点:无刷直流电机主要由定子、转子和电子换向器三部分组成。

定子通常由多极电磁铁构成,而转子则是一个带有永磁体的圆柱形结构。

无刷直流电机控制器的综述【文献综述】

无刷直流电机控制器的综述【文献综述】

文献综述电气工程及自动化无刷直流电机控制器的综述摘要:实现由专用集成芯片及外围电路构成的一种体积小、结构紧凑、调试方便的无刷直流电机控制器,实现电机的正反转,并分析了各部分的电路结构。

关键词: MC33035; MC33039;无刷直流电机;控制器;1引言无刷直流电机是随着大功率开关器件、专用集成电路、稀有永磁材料、微机、新型控制理论及电机理论的发展而迅速发展起来的一种新型电动机,它比交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点,又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好等特点,因此在当今国民经济的各个领域(如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面) 的应用日益普及。

2无刷电机的控制结构及原理所谓无刷直流电动机是利用半导体开关电路和位置传感器代替电刷和换向器的直流电动机,也就是,它是把电刷与换向器的机械整流变换为霍尔元件与半导体功率开关元件的电子整流。

无刷直流电机由转子和定子两部分组成,转子用永磁材料制成,构成永磁磁极,定子由绕组和铁芯组成,定子铁芯由导磁硅铁片迭压而成,其周上均匀分布的槽中嵌放有很多相电枢绕组。

直流无刷驱动器包括电源部及控制部:电源部提供三相电源给电机,控制部分需要转换输入电源频率。

图一电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V),如果输入是交流电就得先经转换器转成直流。

不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先用换流器将直流电压转换成3 相电压来驱动电机,换流器一般由6个功率晶体管分为上臂(A+、B+、C+)臂(A-、B-、C-)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。

控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器换相的时机。

直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器作为之闭回路控制,同时也作为相序控制的依据。

要让电机转动起来,首先控制部就必须根据hall-sensor 感应到的电机转子目前所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序,如下(图二)inverter 中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。

无刷直流电机驱动控制综述

无刷直流电机驱动控制综述

无刷直流电机驱动控制综述一、引言随着微电子技术的发展和永磁材料磁性能的不断提高,永磁无刷直流电机近年来受到普遍重视,并且取得了很大的发展。

永磁无刷直流电机具有调速方便、结构简单、维护简便、电磁污染小、功率密度大等优点,在伺服系统及小功率拖动系统中得到了广泛的应用。

然而,由于电机本身结构以及馈电系统等方面的原因,无刷直流电机具有较大的转矩波动,这限制了其在精密传动和大功率驱动等系统中的应用;另外,转矩波动导致电机振动加剧,噪声增加,也影响了电机寿命。

而且位置传感器的存在不但增加了电机的自身尺寸,使内部结构变得复杂,同时也大大限制了无刷直流电机在一些系统要求较高(如卫星仪器)条件下的应用。

国内外学者针对这两个问题进行了大量的研究,提出了各种不同的解决控制方案。

二、转矩波动针对转矩波动,我国各大高校学者做了大量的研究。

1、自抗扰控制器《中国电机工程学报》2006年24期[1]夏长亮老师提出了抗扰控制器来抑制转矩脉动。

抗扰控制器是基于跟踪微分器(TD)安排过渡过程、扩张状态观测器(ESO)估计系统状态、模型和外扰由非线性反馈控制律(NLSEF)来给定控制信号的一种非线性控制器。

它通过非线性变换,将非线性结构转化为线性系统的积分串联结构,从而实现了动态系统的反馈线性化。

设有受未知外扰作用的非线性不确定对象为x(n)=f(x,ẋ,……x(n−1),t)+w(t)+bu (1)式中:f(x,ẋ,……x(n−1),t)为未知函数;w(t)为未知外扰;x(t)为量测输入;u 为控制输入;b 为控制。

输入系数。

对应的自抗扰控制器结构如图 1 所示。

图1、自抗扰控制器结构图根据永磁无刷直流电机自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,将电机等效为由 2 个非线性系统构成的积分串联型对象,设计了 2 个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内外控制转矩以抑制转矩波动,最终以逆变桥直流侧电压为控制输入,电角速度ω为量测输入,自抗扰控制方案如图2所示:图2、抑制转矩波动的自抗扰控制框图在自抗扰控制器中,系统的外扰和内扰处于同等地位,而扩张状态观测器能够快速地跟踪电磁转矩输出并给出转矩子系统的实时作用值。

直流无刷电动机原理及应用论文

直流无刷电动机原理及应用论文

直流无刷电动机原理及应用论文直流无刷电动机(Brushless DC Motor,BLDC)是一种基于电子通断器件控制电机旋转方向和速度的电动机。

相比于传统的直流有刷电动机,BLDC电动机具有更高的效率、更长的寿命、更低的噪音和更高的可靠性等优势,在各个领域得到广泛的应用。

本文将重点探讨BLDC电动机的工作原理和应用。

首先,BLDC电动机的工作原理。

BLDC电动机由定子和转子两部分组成。

定子上包含若干个线圈,并按照一定的序列连接在一起,形成一个三相对称的定子线圈组。

转子上则安装有永磁体,在齿轮上切割一定数量的磁极,使得转子上每个磁极的极性均相邻两个相同。

当BLDC电动机通电时,通过外部电子通断器件按照一定的顺序控制定子线圈的通断,从而形成一个旋转的磁场。

转子上的磁极受到这个旋转的磁场作用,从而顺应旋转运动,带动负载旋转。

BLDC电动机的应用非常广泛。

首先,在家用电器中,BLDC电动机被广泛应用于洗衣机、空调、冰箱等领域。

由于BLDC电动机具有高效、低噪音的特点,使得家用电器具有更好的性能和用户体验。

其次,在汽车领域,BLDC电动机被应用于新能源汽车、电动自行车等交通工具中。

BLDC 电动机通过电能转换为机械能,实现车辆的驱动,提高了汽车的能源利用率和环境友好性。

再次,在工业生产中,BLDC电动机被广泛应用于机械设备、工业机器人等领域。

BLDC电动机具有高效、精准的控制性能,提高了工业设备的生产效率和可靠性。

最后,在航空航天工程中,BLDC电动机被应用于航空器、卫星等航天器件中。

BLDC电动机具有体积小、重量轻、噪音低等特点,适用于空间有限的环境。

当然,BLDC电动机也存在一些挑战和发展方向。

首先,电子通断器件的性能和可靠性对BLDC电动机的工作效果至关重要。

当前,有关电子通断器件的研发和改进仍然是一个热门领域,需要进一步提升其性能和可靠性。

其次,BLDC电动机的功率密度和散热问题也需要解决。

随着电动车等领域对BLDC电动机功率需求的增加,如何在减小体积的同时提升功率密度和散热效果,是一个需要注意的问题。

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文献综述无刷直流电动机:时间轴:1955年—无刷电机诞生1978年—无刷电机进入实用阶段20世纪—无传感器无刷电机研制成功无刷电动机的诞生标志是1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。

而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC 经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。

之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。

20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。

无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。

直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用,但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷,可靠性差,需要经常维护;换相时产生电磁干扰,噪声大,影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。

为了克服机械换相带来的缺点,以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。

1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利,标志着现代无刷电动机的诞生。

而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段,是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。

之后,国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。

20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。

无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机,而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。

无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性,且结构简单、运行可靠、易于控制。

其应用从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。

在结构上,与有刷直流电动机不同,无刷直流电动机的定子绕组作为电枢,励磁绕组由永磁材料所取代。

按照流入电枢绕组的电流波形的不同,直流无刷电动机可分为方波直流电动机(BLDCM)和正弦波直流电动机(PMSM),BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相,由永磁材料做转子,省去了电刷;而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组,省去了励磁绕组、滑环和电刷。

在相同的条件下,驱动电路要获得方波比较容易,且控制简单,因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。

无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成,电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成,而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。

工作时,控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管,进行有序换流,以驱动直流电动机。

由于位置传感器的使用有如下缺点:(1)增大电机尺寸;(2)传感器信号传输线太多,容易引起干扰;(3)高温、低温、污浊空气等恶劣工作条件会降低传感器可靠性;(4)传感器的安装精度直接影响电机的运行性能等等,而且在有些特殊场合下电机根本无法安装位置传感器。

因此,无刷直流电机的无位置传感器技术近年来日益受到人们的关注,国内外研究人员在这方面进行了积极的研究。

无刷直流电机的无位置传感器控制的关键在于转子位置信号的获得,现在比较流行的方法有反电动势法、电感法、磁链法、旋转坐标法、卡尔曼滤波器法、续流二极管法、状态观测器法等。

无刷直流电机原理控制原理要让电机转动起来,首先控制部就必须根据位置检测器感应到的电机转子目前所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序,如下图 1 inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管),使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。

当电机转子转动到位置检测器感应出另一组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

图1 换流器工作原理示意图基本上功率晶体管的开法可举例如下:AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组,但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。

此外因为电子零件总有开关的响应时间,所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去,否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭,下臂(或上臂)就已开启,结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。

当电机转动起来,控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令与位置检测器信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通,以及导通时间长短。

速度不够则开长,速度过头则减短,此部份工作就由PWM来完成。

PWM是决定电机转速快或慢的方式,如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。

高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间,另外对于位置检测器信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。

至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的位置检测器信号变化变得更慢,怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。

或者速度回传改变以encoder变化为参考,使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。

电机能够运转顺畅而且响应良好,P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。

之前提到直流无刷电机是闭回路控制,因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少,这就是误差(Error)。

知道了误差自然就要补偿,方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。

但控制的状态及环境其实是复杂多变的,若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握,所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。

位置检测方法反电动势法的原理反电动势法是最常见和应用最为广泛的一种无位置传感器转子位置检测方法。

假设反电动势波形为理想梯形波,采用两两通电方式,图4所示为A、B、c三相的反电动势和电流波形。

图中的梯形波为反电动势波形,非连续的矩形波为电流波形。

从图中可以看出,每相在正负半个周期各导通120。

电角度,任一时刻只有两相导通,另外一相关断。

关断相的反电动势过零后,延时30。

电角度即为该相的导通时刻。

所以,检测反电动势过零点,就可以控制换流。

图 1 反电动势波形图电感法在无刷直流电机中绕组电感会根据转子位置的不同而变化,这是因为转子位置的变化使得定子与转子磁场耦合程度改变,这样的改变也会使得电机中性点的电压改变。

同时在反电势法的改进方法中也提到,根据计算在反电势过零点的时候,中性点电压为1 /2Ud,一相断开,导通的两相绕组电感相等。

根据这一原理,通过检测各相定子绕组的电感值,经过比较运算之后就可以得到转子位置信号。

还有一种电感法是针对凸极电机而使用的,在凸极电机中绕组自感可以看做是绕组轴线与转子直轴夹角的函数,通过检测电感值经过计算可以大致地获得转子位置信息,再根据铁心饱和程度的变化趋势来确定极性,从而获得精确的位置信号。

不过这种方法只能应用在凸极电机上,应用不广。

从原理上说电感法有一定的可行性,但是主要的制约因素是电感值的检测。

通常检测电感值是通过传感器将电感值转变为电信号,而由于电机内部本质上是一个非线性系统,由于电机漏电抗,气隙磁通变化的不确定性对绕组电感的干扰而导致检测的不准确对换向信号的干扰作用十分明显,所以这种方法也不是特别常用。

卡尔曼滤波法卡尔曼滤波器法的思想是从一组有限的对物体位置的包含噪声的观察序列预测出物体的坐标位置及速度。

状态观测器法是现代控制理论发展应用于无刷直流电机上的一种新型的控制方法,它的基本原理是: 打破了传统方法中电压电流与转子位置的关系,从无刷直流电机的基本方程经过离散变换得到以输入转矩,系统噪声为参数的关于转速ω与位置角度θ的状态方程,然后根据卡尔曼滤波公式和无刷直流电机模型,确定经变换后的各个参数的维数,带入卡尔曼递推公式就可以得到经过卡尔曼滤波之后关于转速和角度的预测方程。

这种方法由于在算法上的理论支持,所以能够较好的滤除掉系统产生的干扰信号,对转子位置的预测也比较准确。

但是其应用并不是很广泛,因为算法复杂导致软件编写困难以及对控制器运算速度的要求较高,增大了开发成本。

另外预测方程中的估测参数仍是绕组电压电流,因此参数确定的精确程度也一定程度上左右了这种方法的可行性。

各种方法的比较无刷直流电机转子位置辨识方法有许多的种类,但就目前来看,反电势及其各种改进方法还是应用最广,技术最成熟的方法。

虽然其在理论上做了一定程度上的近似而且在低速是性能有待提高,但是由于检测方便,对控制器要求较低,简单可靠,而且工程上对其误差的修正也比较容易,从而使该种方法成为无刷直流电机转子位置检测的主流; 电感法,电流法,涡流法等由于对传感器的高要求以及实现的困难从而应用较少; 而各种基于现代控制理论以及先进算法的无位置传感器虽然在检测精度以及调速范围上远远领先于反电势法,但是由于算法的复杂性以及对控制器运算速度上的要求,使得成本偏高,只能在对性能要求较高的场合使用。

无刷直流电机国内外发展现状我国无刷直流电机的研制开发起于70年代初期,主要是为我国自行研制的军事装备和宇航技术发展而配套。

由于需要量少,只需由某些科研单位试制提供就能满足要求。

经过20多年的发展,虽然在新产品开发方面缩短了与国际先进水平的差距,但由于无刷电机产品是综合了电机、微电子、控制、计算机等技术于一身的高技术产品,受到了我国基础工业落后的制约,因此无论在产量、品种、质量及应用上与国际先进水平差距甚大。

目前,国内研制的单位虽不少,但能有一定批量的单位却屈指可数。

据不完全统计,全国的年产量不超过10万台,其中绝大部分是属于低档的无刷风机,且价格高于进口产品,毫无市场竞争能力,制约发展的主要因素有:1可供选择的电子元器件太少,尤其专用集成模块,国内仍然是空白,严重影响新产晶的开发和规模化生产,而且其可靠性差,价格高,难以满足实际生产需要。

2.科研与生产设备陈旧,尤其是大规模生产手段缺泛,难以保证产品质量一致性,生产效率低下,增加生产成本。

3.缺泛有效的应用研究,新产品开发没有针对性,研究和实用脱节,只追求成果的水平,忽略零部件的国产化,阻碍成果的转化。

4.国产的原材料及零部件质次价高,如无刷电机的关键磁性材料、铁氧体磁铁和稀土磁钢均无法满足需要,检测转子位置用传感器水平也很差。

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