基于反电动势法的无刷直流电机控制系统的建模与仿真【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电气工程及其自动化基于反电动势法的无刷直流电机控制系统的建模与仿真前言：电动机分为同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。容量小到几瓦，大至上万瓦。其中直流电机具有运行效率高和调速性能好等很多优点。但由于传统的直流电机均采用电刷，以机械方式进行换向，因而存在机械摩擦，并由此带来噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高维修困难的缺点，大大限制了直流电机的应用范围。无刷直流电机在传统直流的电机基础上发展起来，其具备交流电机的简单结构、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机电机的运行效率高、无励磁损、耗以及调速

2、性能好等优点。在国民经济各个领域的应用日益广泛[4]。目前，国内外无刷直流电机的一般控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。国外发达国家对无刷电机的研究内容与中国大体相当，但美国与日本具有较先进的无刷直流电机制造与控制技术。特别是日本在民用方面比较突出，而美国在军工方面更加先进。当前的研究热点主要集中在以下三个方面：1：研究无位置传感器控制技术以提高系统的可靠性，并进一步缩小电机尺寸与重量；2：从电机设计和控制方法等方面出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，从而提高其伺服精度，扩大其应用范围；3：设计可靠、小巧、通

3、用性强的集成化无刷直流电机控制器[2]。正文：本课题主要研究无位置传感器控制技术，其中反电动势法是重点。根据文献[2]1.3.1节为我们介绍了无位置传感器控制技术。无位置传感器控制技术主要通过电机内容易获取的电压或电流等信号，经过一定的算法处理，得到转子位置信号，也称为转子位置间接检测法。该检测法的概念始于1966年德国Mieslinger提出的电容移相换流位置估计法。常用的转子位置检测法包括：反电动势法、电感法、磁链法、续流二极管法、变电机结构法、观测器估计法、智能估计法。反电动势法原理简单、实现方便、应用广泛。1985年Iizuka等利用微机对

4、无刷直流电机进行了无位置传感器控制，并对反电动势法的软、硬件设计进行了较为全面的分析，将无刷直流电机控制提高到一个新的水平。20世纪80年代末90年代初，电机转子位置间接检测法呈现多元化发展。1989年，Lin等利用相电流与定子磁链相位相同，相电流的变化能准确反映无刷直流电机转子位置的原理，提出了用相电流来检测转子位置的方法。1990年，Ogasawara提出了续流二极管法，该方法通过反向并联在驱动三极管的二极管导通状态来得出转子的位置。续流二极管法的基本原理还是反电动势法，但它是从电流角度考虑反电势。1992年，Matsui等提出根据电压与电流的

5、瞬时方程来检测电机转子位置的方法。1994年，Ertugrul等提出基于定子磁链估计得到转子位置检测方法，通过相电压、线电流信号计算出定子绕组各项的磁链，再根据磁链得到转子的位置信号。这种方法虽然计算复杂，但是误差较小、调速范围广。该检测方法在国外已经应用于生产实践[6]。此外，变电机结构法，是指从转子结构上做适当的改动来实现电机的无位置传感器控制。如在表面粘贴式转子无刷直流电机中添加一个辅助短路转子绕组获取电子转子位置信号，或在转子表面安装非磁性材料，通过检测该材料涡流反应造成的断开相电压来获得转子位置信号。智能控制利用模糊控制和神经网络控制等智

6、能算法来建立电机的电压、电流信号和转子位置信号之间的相互关系，是一种新的无位置传感器检测思路，其控制精度较高，。但是相对于传统的无位置传感器控制方法而言，其算法复杂程度和计算时间较大，因此控制成本相应增加。采用无位置传感器控制的无刷直流电机一般较难直接启动，因此其启动方式始终是研究的热点和难点。利用反电势法检测转子位置的无刷直流电机三段式启动方法已较为成熟，该方法从电机启动到稳定运行可分为三个阶段，分别为：转子定位、加速和切换。其他无位置传感器控制下的电机启动方法，如预定位置启动法、升频升压同步启动法和短时检测脉冲转子定位启动法等也有一定的应用。在

7、各种无位置传感器控制方法中，反电动势法是目前技术最成熟、应用最广泛的一种检测方法。该方法将检测获得的反电动势过零点信号延迟30°电角度，得到6个离散的转子位置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制[2]。目前，反电动势法的关键是如何准确检测反电势过零点，国内外诸多学者对反电势法进行了深入研究，已提出了端电压检测法、反电势积分法、反电势三次谐波法、续流二极管法以及线反电势法等多种检测方式。由于反电动势法的基本原理是建立在忽略电枢反应影响的前提下的，这在原理上就存在一定误差。而且在起动和低速时，反电动势法不再适用

8、。因此，转子位置检测是无刷直流电动机研究的一个重要问题[1]。建模与仿真电机控制系统的研究对硬件条件和实验水平要求较高，有