基于双H桥变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制方法

针对无刷直流电机(BLDCM)的换相转矩脉动问题,提出了一种基于双H桥变换器的BLDCM转矩脉动抑制方法。通过双H桥变换器电路产生补偿或抵消电流,减小非换相相电流的波动,从而达到抑制BLDCM转矩脉动的目的。在MATLAB/Simulink下构建了BLDCM转矩脉动仿真模型并进行对比仿真,与传统PID控制方法相比,该方法非换相相电流波动在高、低速下分别降低了约70%和40%,平衡后的转矩波动降低了约80%。结果表明:所提方法对于BLDCM在高稳定度和高精度要求领域中的应用具有重要价值。     

开通角控制的无刷直流电机转矩脉动抑制新方法

在分析无刷直流电机的等效电路模型和换相过程的基础上,考虑了电磁时间常数和反电势对换相转矩的影响。通过导出换相时关断相电流下降到零的时间和开通相电流上升到最大的时间,分析高、低速运行状态下两者的关系,引入一个开通角的变量,通过控制开通相的开通时刻来抑制换相时的转矩脉动；并且考虑非理想的气隙磁密等因素对开通角进行修正。结合场路耦合的有限元进行仿真,结果表明此思路是可行的。     

一种基于脉冲高电压注入改善 换相转矩脉动的新方法

针对无刷直流电机, 提出了一种在换相时注入高电压脉冲, 缩短电流上升 沿时间,从而减小转矩脉动,提高负载响应速度的控制新方法。在方波控制和梯形反电 势条件下,给出了脉冲电压大小和脉冲时长的确定方法,以及在PWM 控制下的最优离 散解集和离散脉冲系数的选择原则。最后,通过实验验证了该方法对换相电流上升沿时 间及转矩脉动的改善效果。     

无刷直流电机霍尔传感器安装方法研究

针对有位置传感器的无刷直流电机需要位置传感器提供换相信号的问题, 提出了基于磁势确定霍尔传感器安装位置的方法。霍尔传感器通过检测转子磁势确定转 子位置,产生传感器信号控制定子绕组换相,使得定、转子磁势相位差在60°~120°之间 波动,从而使电机输出最大力矩。通过实验测得使用该方法进行霍尔传感器位置安装的 无刷直流电机的输出力矩波形与理论一致,从而验证了此方法正确可行。     

图解霍尔位置偏离对直流无刷电机性能的影响

霍尔位置传感器作为无刷直流电动机组件,主要作用是检测转子相对于定子绕组的位置,并输出信号控制电机绕组以"两相导通星型三相六状态"方式工作。霍尔位置偏离对电机的输出性能会造成一定的影响。以图解方式讨论霍尔位置偏离导致的电流超前导通和滞后导通时电机输出性能的差异,并采用有限元分析软件Ansys进行仿真,以验证霍尔元件位置偏离对电机转矩脉动和转速的影响。     

Buck变换器PAM高速永磁无刷直流电机Pspice仿真

为满足系统电路级仿真,本文通过Pspice软件为无刷直流电机系统设计了一套Buck变换器的电机控制系统,分析了换相转矩脉动和非导通相续流问题.由Sg3525实现降压斩波,解决了Sg3525模型在Pspice不收敛的问题.重新设计了位置传感器模块,简化了系统模型,提高了仿真速度.     

无刷直流电机在转子偏心故障时的容错控制研究

在一些工业场合,无刷直流电机需要在转子偏心故障的情形下保持运行状态,而传统的控制策略无法有效地实现容错运行。针对这个问题,提出了一种无刷直流电机在转子偏心时的故障容错控制策略。分析了在传统无刷直流电机控制方法中,每相定子电流参考在波形上是一致的,仅存在一定的相位延迟,而没有考虑电机偏心后导致的反电动势和相电感变化,因此电机偏心将导致未知的转矩脉动。新型控制策略在传统控制策略的基础上采用了在线估计方法,获取了相电感和反电动势的值,从而控制器设置定子电流参考时包含了对偏心故障的考虑和相关运算,从而使电机能够降低转矩脉动,具备一定的故障容错运行能力。最后通过对比试验的方法对新型控制策略进行了试验验证。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正；针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法；针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。     

基于占空比调节的无刷直流电机直接转矩控制

传统直接转矩控制(DTC)在每一个控制周期对电机施加一个不变的电压矢量,从而导致较大的转矩脉动,而且开关管的开关频率不固定。为减小转矩脉动同时使开关管的开关频率恒定从而提升系统的稳定性,将占空比调制技术引入到无刷直流电机(BLDCM)DTC系统当中,并研究了4种占空比生成方法对转矩脉动的抑制效果。由于引入了占空比调制技术,零电压矢量和非零电压矢量作用的时间随占空比的改变而改变,因此能够对转矩进行更精细的控制从而抑制转矩脉动。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

飞机数字化全电刹车系统的设计

设计的飞机全电刹车系统,以四无刷直流电机驱动四滚珠丝杠布局的机电作动机架,取代了原来液压刹车的活塞阀门作动机架,电机通过传动装置驱动滚珠丝杠松刹刹车盘实现飞机的刹车。在硬件设计上,刹车控制器的CPU采用TI公司的电机及运动控制专用DSP2407,以满足对控制系统的性能要求;4台无刷直流电机的换相信号由可编程逻辑器件完成;对电机的驱动采用了MOSFET与栅极驱动芯片IR2130组成的功率驱动电路,实现了无刷直流电机的高效驱动。     

基于磁场定向控制理论的无刷直流电机控制

磁场定向控制(FOC)理论是永磁同步电机(PMSM)最常用的控制方法之一。该方法需要电机转子瞬时精确位置,因此限制了其在使用霍尔位置传感器的无刷直流电机(BLDCM)上的应用。为了能够在BLDCM上应用FOC理论,又不增加电机成本,在现有霍尔位置传感器的基础上,提出了一种根据霍尔传感器的输出信号,通过计算前一个扇区平均转速的方法估计转子精确位置。使用MATLAB/Simulink软件对该估算方法进行了仿真,并搭建了以TI 的TMS320F28069 DSP为核心的试验系统,通过自动代码生成技术完成算法的编程,可以较好地应用于BLDCM的控制,在一些应用场合可以代替PMSM从而降低使用成本。     

基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制研究

水下推进器是水下航行器的重要组成部分,为提高其转矩响应性能,提出了一种基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制方法。该方法将一种双曲正切函数引入线反电动势(EMF)滑模观测器,并将该滑模观测器应用于水下推进器直接转矩控制系统中,使得驱动控制系统通过水下推进器线反电动势观测值进行扇区判别与转矩估计,从而获得6个离散的换相信号,实现无位置检测的水下推进器直接转矩控制。仿真试验表明:所提控制方法能够很好地观测线反电动势,提高转矩动态响应,减小系统抖振幅度。     

模块化多电平变频驱动系统的转矩脉动最小化控制

应用基于两电平变频器的传统感应电机驱动系统存在输出转矩脉动较大的问题。针对这个问题,设计了一种模块化多电平变频器驱动的多极感应电机转矩脉动最小化控制方案。基于多极感应电机设计了其多电平驱动变频器拓扑,并采用了一种单极性的载波移相空间矢量脉宽调制技术进行控制。通过脉冲序列生成分析和计算,系统的低次输出谐波都达到了开关频率的四倍频以上,进而有效降低了转矩脉动。基于模块化多电平变频器的多级感应电机驱动试验平台进行了对比试验研究,试验结果验证了在新型控制策略下的有效性,电机转矩脉动得到了明显改善。     

交交自控同步电动机的低速工作特性及其改进

 本文在分析交交型自控同步电动机低速借电源电压实现电机换相的基础上,提出了进一步提高电机过载能力和扩大低速工作转速范围的原理和方案。经计算机仿真和实验验证,证明了原理的正确性,为进一步开发此型电机低速工作领域打下了良好的基础。     

基于阻抗内环的新型力外环控制策略

对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境（海绵、泡沫和铁块）的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。     

永磁容错电机最优转矩控制策略实验

 永磁容错(FTPM)电机不仅具有容错和故障隔离能力,还继承了一般永磁电机功率密度大、转矩脉动小的优点,故在航空用电力作动系统中得到大力发展。最优转矩控制(OTC)算法可以实现电机在正常和故障时(一相断路或短路)输出电磁转矩脉动最小化。本文设计了750 W六相十极FTPM电机最优转矩控制系统平台,提出了两种简单实用的绕组故障诊断方法,对最优转矩控制算法进行了实验研究。实验结果表明,该算法能够实现故障前后转矩转速性能基本不变,且转矩脉动均小于20%,故障时动态响应快。     

Design of Electrical/Mechanical Hybrid 4-Redundancy Brushless DC Torque Motor

This article presents a novel electrical/mechanical hybrid 4-redundancy brushless DC torque motor (BLDCM), which has found applications in direct drive actuators (DDA) of aerial vehicles. This motor is characteristic of electrical/mechanical hybrid 4-redundancy by securing two stators along with two rotors on the same shaft. Each stator contains two sets of windings embedded in separated slots. Furthermore, compared to the scheme of two electrical dual-redundancy BLDCMs linked by a mechanical transmission, the proposed motor has lower volume and lighter weight, eliminates the nonlinearity caused by the gap of the mechanical transmission, moderates the requirement for the torque balance between redundancies and reduces the cogging torque by shifting the magnets. Both magnetic circuit calculation and the finite element analysis (FEA) of the electromagnetic field are conducted to optimize the design process. A prototype motor has been produced and tested. The results indicate that its performances comply with the requirements presented by designers. Moreover, the position frequency response of the prototype in the DDA's unloaded situation has also demonstrated the fulfillment of desired dynamic characteristics.