无刷直流方波电动机的双闭环控制

无刷直流方波电动机的双闭环控制

崔成吉，狄艳军

无刷直流方波电动机的双闭环控制

崔成吉，狄艳军

（浙江中科正方电子技术有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳110168）

作者简介：崔成吉、狄艳军，浙江中科正方电子技术有限公司沈阳分公司。

摘要：介绍一种由稀土永磁方波同步电动机、IGBT逆变器及双闭环控制电路构成的新型无刷直流电动机系统，该系统具有结构简单、转矩脉动小、调速精度高、响应快及调速范围宽等优点。实验结果验证了该电动机系统的优良胜能。

关键词:调速系统；逆变器；无刷直流电动机；双闭环控制

1引言

永磁无刷直流电动机在机械和电力系统方面是一种很引人注目的电动机。这种机器结构的简单和它的控制特性类似于交流电机，它在商业，军事等其他领域的应用里是非常受欢迎的选择。在普遍的无刷直流电动机的计划里，时间和空间的分布是按照磁力线的密度来考虑的，但是驱动环节的曲线是相差120度的。巨大而细微的转矩是度量无刷电动机效率和低速执行的重要准则，它的直接效果就是在大转矩和细微转矩之间造成一种干扰。显然缺点能在本章中克服。

一种引人注目的电动机的配置被人认为是方波电动机。方波电动机来自于它的方波控制，主要在它的方波时空的磁通干扰中产生控制指令。因此方波永磁电动机有很让人羡慕的前景，特别在机器人和商业服务中得到广泛重视。这都是在方波永磁电动机产生的时候所不曾想过的。

2.方波永磁电动机驱动系统

方波永磁电动机驱动系统由三个部分组成：转换器，逻辑控制环节（包括速度调节器，时间调节器，和能量逻辑转换控制单元），详述如下

下面是硬件执行器和操作的细节

2.1方波永磁电动机

带有双结构方波永磁电动机是由六个小结构组成的。电机额定电流和机械数据是：200v额定电压，18A的额定电流，3.0k的额定功率，1500转每秒的额定转速，0.0388千克没平方厘米。

2.2IGBT变换器

一个变换器对频率/电压的三个阶段的组成适应IGBT变换器的选择是非常重要的，其结果是他们中和了各种高介的性能。变换器被六个IGBT支配着，没个包括60A的IGBT和一个反馈信号。

2.3能量转换控制逻辑

位置反馈信号被用于同时发生的相位变化的检测。为了这样做，三个位置反馈信号，来源于PT，他们是在PSP环节被加工的，他们也受六个控制逻辑信号的控制来开/关IGBT、在IGBT变换器里。在BLDCM的控制分布里有两个IGBT工作在PWM的模式里，并且两个IGBT应该依靠于这样的逻辑控制信号。虽然直流能量的频率被变换器的供给，依据这样的关系为IGBT提供信号的PWM信号是来源于三角波和触发控制信号Ui越大，U也就越大，所以BLDCM的速度也就越大。

2.4电流控制

当前的环节可以在执行器中得到很好的应用。一般的来说直流驱动系统需要最后的两个环节，所以当前的控制结构更多的应用并且完成于交流驱动中以便于简单的控制结构。如果BLDCM工作于联合单元里，仅仅的两个阶段就可以分析出在任何情况下的环节。其中的一个阶段已经到交流系统的连接，输入和输出就是开/关的决定的展示，IGBT的T1，T2和T3在变换器里。在BLDCM中,恒定转矩主要是由基波磁链和基波电流相互作用后产生的,更高次的同次谐波间产生的恒定转矩可以忽略不计,不同次谐波磁链和电流间不产生脉动转矩。但在实际电机中,输入定子绕组的电流不可能是矩形波,因为电动机的电感限制了电流的变化率。反电动势与理想波形的偏差越大,引起的转矩脉动越大,另外,非理想磁链波形对转矩脉动也有影响,当磁链波的水平波顶小于理想的120°时,将会产生转矩脉动;如果磁链波的水平波顶大于120°而电流仍为理想的120°方波,则不会产生脉动转矩。

2.5速度控制

速度控制的动力系统是由SR，PEE,SSP和其他环节组成的。PEE，来自于每秒5000的旋转，它被用于速度的检测。变结构控制由于具有响应速度快、对控制对象参数变化及外部扰动不灵敏、物理实现简单等优点,BLDCM位置伺服方式下的运行大都采用变结构控制。变结构控制的开关模式即可由系统的传递函数导出,也可根据系统的最大速度、最大加速度等系统参数来设计,都会使系统的位置控制达到较好的效果。吴忠等分析了BLDCM交流伺服系统的开环模型,利用时间最优控制的思想,设计了变结构控制器,并给出了开关模式。他们把其理论应用于由IGBT-PWM逆变器、115ST-CMG02A型无刷直流伺服电机、80C196KB单片机实现的控制器以及接口电路组成的实验系统,实验结果表明在3600°给定下,系统的定位精度较高。赵金等把滑模变结构理论应用于交流伺服系统中也取得了良好的效果。在有些情况下,当位置调节误差接近零位时,由于开关控制的效果,会使系统的机械传动装置发生颤振现象,这对系统的机械结构相当不利,为避免这种情况,可采用双模控制的策略。如果速度少于100转每分钟，变换到2将会被开启脉动的信号将不会在LSPC分开。

3结论

此篇论文描述了操作原理和一种新型高等操作的方波永磁无刷电动机的硬件结构，主要结论如下：①永磁方波无刷直流电动机应用在小转矩和高速操作时是种良好的选择。②永磁方波无刷直流电动机的控制方案类似于交流电动机的情况。

参考文献：

［1］尤释．无刷直流电动机的控制．1989．

［2］朱真良．现代直流调速系统．西北工业大学，1994．