无刷直流电机无位置传感器控制技术研究现状

《无刷直流电机无位置传感器控制技术研究现状》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、专题2：无刷直流电机无位置传感器控制技术研究现状无刷直流电机的控制方式按照有无转子位置传感器来划分，可以分为:有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。有位置传感器控制方式，指在无刷直流电动机定子上安装位置传感器来检测转子在运转过程中的位置，将转子磁极的位置信号转换成电信号，为电子换相电路提供正确的换相信急，来控制电子换相电路中的功率开关管的开关状态，保证电机各相按顺序导通，在空间形成跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。BLDCM中常用的位置传感器有电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置传感器等。无位置传感器控制方式是指BLDCM不直接安装转子位置传感器，但

2、在电机运转过程中，控制电流换相的转子位置信号还是需要的，因此，BLDCM无位置传感器控制研究的关键是架构转子位置信号检测电路，通过软硬件间接获得可靠的转子位置信号。为此，国内外的研究人员进行了大量的研究工作，提出了很多种位置信号检测方法。主要分为以下几大类：a)通过检测的电压、电流，通过基本的电机方程，经算术运算得到转子位置；b)通过检测反电势得到转子位置；c)通过观测器得到转子位置；d)通过智能控制方法得到转子位置，方法（c）、（d）都是（a）的深入；1.2.1通过测量量和电机方程检测转子位置的方法这种方法还能分为以下几种不同的小类：通过检测的电压和电流计算磁链[1、2、3、

3、4、5]；利用实际检测的电压电流和一个模型的电流电压预测值的差值来求解[6、7]；通过电机方程导出转子位置和电机参数、电压电流的关系来求解[8]。从电机的电压平衡方程：，我们可以得到：，只要知道转子初始位置、电机参数、磁链和转子位置的关系，就能得到转子位置，通过磁链的变化率就能得到转子速度[5]。第二种方法最初是由N.Matsui提出的。将实际的电压电流通过dq变换，和另一个假定坐标系下的电压电流进行比较，这个假定的坐标系和dq轴间的夹角为。在假定坐标系下计算得到的电压和dq轴电压在假定坐标系下投影的差值可表示为：就是转子位置这个时刻和上一时刻的差值。第三种方法是利用电机参数、

4、方程、测量量、参考模型理论和坐标变换计算转子位置和速度。测量的电压和电流分别转化到转子和定子dq轴参考模型中，定子、转子参考模型的关系如下:（1）（2）（3）（4）利用以上关系将定子参考模型的方程代入到转子参考模型电压方程中，利用定子侧检测到的参数，我们就可以得到转子位置了。最终求解位置和速度的分别方程为：（5）（6）1.2.2通过检测反电势得到转子位置的方法通过检测电机反电势来获得转子位置信号的方法，一般统称为“反电势法”。根据对反电势的不同处理方法，反电势法又可以细分为反电势过零检测法[9、10、11]、锁相环技术法[13]、反电势逻辑电平积分比较法[14]、反电势3次谐波

5、积分法[15]、续流二极管法[16]等。1.2.2.1反电势过零检测法在无刷直流电机中，绕组的反电势通常是正负交变的，当某相绕组的反电势过零时，转子直轴恰好与该相绕组轴线重合，因此只要检测到各相反电势的过零点，就可获知转子的若干个关键位置，再根据这些关键的转子位置信号，做相应的处理后控制BLDCM换相，从而省去转子位置传感器，实现无位置传感器无刷直流电机控制。这是日前应用最广泛的无位置传感器BLDCM控制方法。这种方法的缺点是静止或低速时反电势信号为零或很小，难以准确检测绕组的反电势，因而无法得到有效的转子位置信号，系统低速性能比较差，需要采用开环方法进行起动;另外，为消除PW

6、M调制引起的干扰信号，需要对反电势信号进行深度滤波，这样造成与电机转速有关的信号相移，为了保证正确的换相需要对此相移进行补偿。图1BLDC理想的反电势和电流波形[12]图2BLDC反电势过零的离散信号[12]从图1中可以看出A相反电势过零点后，再延时30。电角度，A相导通，A相导通120。电角度后，到150。电角度时关断A相，切换到B相导通。依此类推，就可以实现电机的连续运转。有文章提出[9]，经过滤波后，可认为经过了90。相移，那么，它所对应的触发相就不是原来的相，如图2所示，或对应B相或C相。不管对应哪一相，这些都是可以自己定义，下面介绍两种检测电路。如图3、图4所示。图3

7、基于端电压的反电势检测电路[11]图4基于相电压的反电势检测电路[11]1.2.2.3反电势逻辑电平积分比较法该方法对所检测非导通相反电势的处理与其他方法完全不同，它是将两路非导通相反电势进行过零比较处理，得到逻辑电平后再对两路逻辑电平进行积分，由于这两路逻辑电平积分值关系反映了相位关系，因此可用于确定电机转子磁场位置。假设电机电动工作，且相绕组电流连续，、、、、为换相时刻，、为反电势过零时刻，见图7。利用过零比较器将电机非导通相反电势信号、、分别转换为逻辑电平信号、、。电机相绕组导电期间，