無刷直流電機無位置傳感器控制關鍵技術研究.pdf

1、永磁無刷直流電機因具有結構簡單、運行效率高、控制簡單和維護方便等優(yōu)點而得到了廣泛應用。傳統(tǒng)的無刷直流電機一般采用三相六狀態(tài)120°導通方式，需要位置傳感器在一個電周期內檢測到六個關鍵的轉子位置信號以便對三相繞組進行換相控制。然而，位置傳感器增大了電機的成本和體積，易受外界信號干擾，降低了系統(tǒng)的可靠性，因此對無位置傳感器無刷直流電機控制技術的研究具有重要的理論意義和實用價值。本文以永磁無刷直流電機的無位置傳感器控制為研究內容，針對在無位置

2、傳感器條件下的無刷直流電機控制的幾個關鍵問題，即轉子位置辨識方法、PWM 控制策略、電機起動控制方法、轉子位置辨識誤差及其補償分析、轉矩脈動抑制策略等進行了較為系統(tǒng)和深入的理論分析、仿真和實驗研究。
　　 反電動勢法因原理簡單、方法可靠等優(yōu)點而成為轉子位置檢測的主要方法。本文在分析傳統(tǒng)的反電動勢過零檢測需要虛擬電機繞組中點方法的基礎上，提出了改進的相反電動勢轉子位置辨識理論。該方法拋棄了傳統(tǒng)的反電動勢硬件檢測原理，只通過檢測無刷

3、直流電機任意兩路線電壓，經(jīng)軟件實時計算后，就可以得到未導通相反電動勢的過零點。該方法結構簡單、不需要構造虛擬的電機中點和信號深度濾波電路，具有簡易性和可靠性等優(yōu)點。
　　 在對無刷直流電機反電動勢波形分析的基礎上，提出了一種利用線反電動勢過零原理來獲得轉子位置的新方法。該方法通過波形定性分析和傅立葉級數(shù)定量推導，均得出線反電動勢的過零點就是對應的電子換相點這一結論。對于反電動勢波形為任意平頂寬度的梯形波或正弦波，只要三相反電動勢

4、波形對稱，該方法均適用于轉子位置的估算。在此基礎上，為減小對電機參數(shù)的依賴，提出了一種簡化實用的線反電動勢法來估算轉子位置。該方法只依賴于電機定子電阻，并對定子電阻參數(shù)不敏感，無需30°相位延遲和上一次換相信息，具有理論和工程應用價值。分析和比較了無刷直流電機兩兩導通控制的八種PWM 調制方式。通過對各種PWM 方式下非換相期間非導通相電流續(xù)流情況進行的理論推導，分別得到與上述轉子位置辨識方法各自對應的PWM 調制方式。
　　

5、電機起動控制問題是無位置傳感器控制技術的另一難點。本文基于定子鐵心飽和法原理，提出了一種新的起動控制方法：即利用兩兩導通和三三導通得到的12個電壓矢量脈沖施加到定子端，并通過檢測各相定子電流峰值來判斷定子電感的變化，進而得到轉子初始位置所在的30°區(qū)間，再通過施加特定的電壓矢量將轉子精確地定位到換相位置。在此基礎上，通過升壓升頻原理順序起動電機，一旦檢測到線反電動勢過零，即可切換到無位置傳感器控制方式。研究表明，這種方法電機起動可靠，易

6、于工程實現(xiàn)。
　　 詳細分析了電機參數(shù)變化、電壓電流采樣誤差、濾波電路相位延遲對轉子位置辨識誤差帶來的影響。提出了一種利用最小二乘法原理來擬合線性函數(shù)的方法進行相位延遲開環(huán)補償，并根據(jù)反電動勢波形的對稱性提出了一種轉子位置誤差閉環(huán)校正方法。仿真和實驗結果表明了該方法的實用性。
　　 轉矩脈動是無刷直流電機兩兩導通方式固有的缺點。在無位置傳感器控制下，由于轉子位置辨識的誤差，轉矩脈動有可能進一步增大。本文分析了相反電動勢平