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。     

单周控制方法在电静液作动器无刷直流电机系统中的应用

电静液作动器(EHA)要求无刷直流电机能够频繁起动和制动,并具有较快的动态响应。针对常规PID控制在非线性系统中应用的不足,将单周控制方法用于EHA无刷直流电机系统中,采用单周控制器控制电机的力矩输出,以提高系统的抗干扰能力和动态性能,采用常规的PI控制器完成系统的位置和转速控制,系统结构简单且容易实现。仿真结果表明,电流环引入单周控制方法后,系统的快速性更好,稳态运行下电机转速、转矩波动更小。以1台转角功率为28 kW的EHA和FPGA+DSP结构的数字控制器为平台进行试验,试验结果验证了基于单周控制的EHA系统具有优良的稳态和动态性能。     

无轴承开关磁阻电机平均悬浮力控制策略

 无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性系统,因此其控制策略的研究非常重要。高速时由于反电势的增加,使悬浮绕组开通时刻电流难以跟踪,导致瞬时悬浮力难以控制,因此有必要研究基于平均悬浮力和平均转矩的无轴承开关磁阻电机控制策略。根据无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和数学模型,设计平均悬浮力和平均转矩的控制策略。主绕组电流和悬浮绕组电流均采用方波控制。推导了平均悬浮力与绕组电流之间的关系,以及主绕组电流和悬浮绕组电流的计算公式。给出了超前角和绕组电流的计算流程。针对12/8结构的无轴承开关磁阻电机,设计了以数字信号处理器TMS320C2812为核心的控制系统。通过实验给出了绕组电流波形和转子位移波形。实验结果显示了电机的稳定悬浮,验证了此控制策略的可行性。     

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。     

电动汽车无刷直流电机能量回馈制动系统设计

就电动汽车能量回馈制动效率较低的问题提出了一种恒转矩模糊控制策略。首先分析了无刷直流电机能量回馈制动的基本原理,对不同的回馈控制策略进行了对比分析,设计了一个三维模糊控制器,再以该控制器为核心,在MATLAB/Simulink环境中搭建了无刷直流电机能量回馈制动系统的仿真模型,并进行仿真。仿真结果显示提出的控制策略对电机制动转矩以及能量回收达到了很好的控制效果。     

适用于无轴承开关磁阻电机的功率变换器设计

 无轴承开关磁阻电机不仅具有开关磁阻电机的优点,而且拓宽了无轴承技术的应用范围。而功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其向电机绕组提供电流,以产生所需转矩和悬浮力,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。根据无轴承开关磁阻电机电磁转矩和悬浮力控制原理,详细分析了其对功率变换器的要求,提出了主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器的设计原则,并分析了其各种工作模式和数学模型。最后通过对实验样机的调试,给出了实验结果,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

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。     

共直流母线开绕组的少稀土混合磁材料永磁无刷电机系统零序电流抑制策略

为提高少稀土混合磁材料永磁无刷电机的功率密度和转矩输出能力,采用了新型共直流母线开绕组的逆变器拓扑结构。该结构会在电机绕组内产生零序电流,一定程度上影响了电机的运行效率和稳定性。为此,提出了一种解耦空间矢量脉宽调制法,有效提高了电机端电压利用率。对共直流母线情况下共模电压和零序反电动势均会导致3、9次电流谐波的问题,采用了具有针对性的重复控制器对零序电流进行闭环控制,在简化控制系统结构的同时,有效地解决了共模电压和零序反电动势的影响。最后,通过试验验证了所提方法的正确性和可靠性。     

基于自抗扰控制的永磁同步电机无位置控制系统建模与仿真

在永磁同步电机的速度控制环节中,根据传统PI控制器难以满足高性能交流调速的问题,在转速环引入了线性化自抗扰控制器,以负载转矩作为扰动量,并引入到电机辨识补偿自抗扰控制器,实现永磁同步电机负载转矩补偿;采用自抗扰速度观测器,并将交轴电流项与电机转速的耦合影响视为速度观测器的扰动项,从而观测出电机实际转速。通过搭建经典PI控制器和自抗扰控制器的仿真并进行对比表明:永磁同步电机无位置传感器的自抗扰控制策略能有效解决扰动情况下电机的超调和抗扰问题。     

基于六霍尔的无刷直流电机换相转矩脉动补偿

针对永磁无刷直流电动机换相过程进行理论分析,提出了一种采用六路霍尔的无刷直流电机换相方法,补偿由于换相引起的转矩脉动。仿真结果表明,与常规三路霍尔的换相方式相比,采用六路霍尔的换相方式使脉动幅值减小了17%。结果证明,六霍尔换相方法可以有效补偿无刷直流电机换相转矩脉动。     

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。     

航空电机及控制器的温度场仿真分析

对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。     

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RMxprt磁路法的双定子永磁无刷直流电机设计方法

双定子永磁无刷直流电机(DSPMBL)因其高机械集成度、高转矩密度而具有较高的应用价值。但其特殊的结构,难以用现有的设计程序进行电磁设计。将基于Ansys软件中的RMxprt模块并结合传统磁路计算法,借助定子裂比优化法探讨将DSPMBL拆分成两个单定子永磁无刷直流电机(内电机和外电机),分别展开设计,最终将两个设计方案合理拼接成DSPMBL模型,并通过相关仿真试验验证模型的性能。     

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。     

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。     

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.     

基于无刷直流电机的电动车控制器研究与设计

传统的电动车用无刷直流电机(BLDCM)控制器功率逆变电路,为实时检测相电流,通过电阻进行相电流采样并反馈给微控制单元(MCU)进行电流环闭环控制,然而,在功率较大的控制器电路应用中,大电流会导致功率损耗增加。为解决这一问题,以STM32系列微型单片机为核心,设计了一套电动车控制器控制电路。重点阐述BLDCM硬件控制。为改进电源短路保护电路,提出了一种新型的MOS管内阻采样方法,并制作铝基板PCB。测试结果表明:该控制电路测控性能稳定,能够应用于工业生产中。     

磁悬浮无刷直流电机新型直接悬浮力控制

针对磁悬浮无刷直流电机(BBLDCM)这一非线性、强耦合系统,为解决悬浮系统控制难度大、转子抖动严重等问题,设计了一种新型的直接悬浮力控制策略。借鉴传统的无刷直流电机直接转矩的控制思想,依据BBLDCM运行特点,推导出不同状态下的悬浮力矢量,并给出了悬浮绕组导通表,同时阐明了新型直接悬浮力工作过程。最后通过Simulink对所提控制策略进行仿真验证,结果表明该方法不仅能够实现转子稳定悬浮,而且有效削弱了悬浮转子的抖动,简化了悬浮控制系统,提高了悬浮系统的控制精度。     

永磁同步电机转矩脉动抑制方法

分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。