無位置傳感器無刷直流電機位置檢測與啟動控制研究
發(fā)布時間：2020-05-26 07:20
【摘要】：針對無位置傳感器無刷直流電機控制問題,提出利用反電動勢過零檢測法實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子位置檢測,并利用三段式啟動法完成電機啟動。將無刷電機三相繞組的端電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并推導出三相繞組端電壓與未導通相反電動勢的關(guān)系,通過計算解出反電動勢的過零點。電機啟動時先通過對指定相通電,確定轉(zhuǎn)子的初始位置,進而由外同步加速狀態(tài)切換到自同步狀態(tài)。文章采用Labview軟件搭建了電機啟動控制系統(tǒng)仿真模型,最后通過仿真和試驗驗證了所提方案的有效性與可靠性。
【圖文】：
第2期周勇，等:無位置傳感器無刷直流電機位置檢測與啟動控制研究組電氣模型，x可為a、b或c。圖1定子電氣模型L為相電感;Ｒ為相電阻;ex為每一相的反電動勢;Un為星形連接中性點對地電壓;Ux為對地相電壓。每相繞組的端電壓的模型如下:ux=Ｒ·ix+Ldixdt+exun(1)假定此時AB相導通，則ua=Ｒ·ia+Ldiadt+eaun(2)ub=Ｒ·ib+Ldibdt+ebun(3)uc=ec+un(4)ia=－ib(5)將以上3個端電壓方程相加得到ua=ub+uc=ea+eb+ec+3un(6)在反電動勢過零點時刻ea+eb+ec=0。則(6)式可以簡化為ua+ub+uc=3un(7)那么(4)式就有3ec=3uc－(ua+ub+uc)(8)由(8)式可以看出，只要判斷(8)式右端的正負符號改變情況，就可以判斷出非導通相(C相)反電動勢的過零點。電機每旋轉(zhuǎn)一周，每一相的反電動勢過零2次，控制器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將電機三相繞組端電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利用公式(8)求得非導通相繞組反電動勢過零點，從而可以得到相應的換相信息。該種方法的優(yōu)勢是可以直接對端電壓進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，但是缺點也是顯而易見的———有PWM(pulse-widthmodulation，脈沖寬度調(diào)制)斬波等干擾信號，影響模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性，因此仍需要對三相端電壓進行濾波［7］。1．2三段式啟動法三段式啟動通常是先通過對指定相通電，確定轉(zhuǎn)子的初始位置，位置確定好之后電機轉(zhuǎn)速為零，反電動勢也為零，這時給電機施加頻率不斷增加切換信號，使電機不斷加速，即外同步加速階段［8］。當電機反電動勢的幅值達到指定值之后，將電機由外同步加速狀態(tài)切換到自同步狀態(tài)。首先
西北工業(yè)大學學報第35卷2．2仿真結(jié)果及分析為了驗證無位置傳感器無刷直流電機控制方案的可行性，在labview中進行有位置傳感器和無位置傳感器無刷直流電機控制方案仿真，其中位置傳感器選用霍爾位置傳感器，該傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛應用于檢測技術(shù)，尤其是電機轉(zhuǎn)子位置檢測。仿真模型的典型參數(shù)如下:電機阻抗:0．64Ω;電機感抗:0．75mH;額定電壓:24V;反電動勢系數(shù):0．1;阻尼系數(shù):0．2。圖2為有傳感器與無傳感器2類電機的啟動對比，從圖中可看出2種控制方案電機啟動均迅速，能在短時間內(nèi)達到給定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定運行;在外同步階段，電機預設(shè)換相點較為合理，電機可以穩(wěn)定加速;在外同步向自同步切換過程中切換點存在的相位誤差較小，沒有出現(xiàn)較為明顯的震蕩。通過對比說明，無位置傳感器無刷直流電機的啟動較為成功。相較于霍爾位置傳感器方案，無位置傳感器方案的不足之處在于，電機啟動時間稍有變長，在啟動階段電機轉(zhuǎn)速也不如霍爾位置傳感器無刷直流電機的平滑。無位置傳感器無刷直流電機啟動時間變長是因為三段式啟動法在轉(zhuǎn)子預定位階段需要在一段時間內(nèi)持續(xù)導通某相。圖2有傳感器與無傳感器啟動對比圖3為有傳感器與無傳感器2類電機在突增負載時的對比，從圖中可以看出，兩種模型均在空載情況下完成電機啟動，穩(wěn)定運行后，在12s時突增負載4N·m。根據(jù)波形分析，無位置傳感器方案在突增負載時的性能與霍爾位置傳感器控制方案基本相同，電機轉(zhuǎn)速能夠得到迅速、準確響應。圖3突增負載時的轉(zhuǎn)速波形圖3實驗為進一步驗證無刷直流電機無位置傳感器伺服控制系統(tǒng)的可靠性，搭建了實物實驗平臺，，如圖4所示。實驗平臺DSP(digitalsignalprocessor，數(shù)字信號處理器)采用TI公司提供的TMS320F2812芯片為核心?
【圖文】：
第2期周勇，等:無位置傳感器無刷直流電機位置檢測與啟動控制研究組電氣模型，x可為a、b或c。圖1定子電氣模型L為相電感;Ｒ為相電阻;ex為每一相的反電動勢;Un為星形連接中性點對地電壓;Ux為對地相電壓。每相繞組的端電壓的模型如下:ux=Ｒ·ix+Ldixdt+exun(1)假定此時AB相導通，則ua=Ｒ·ia+Ldiadt+eaun(2)ub=Ｒ·ib+Ldibdt+ebun(3)uc=ec+un(4)ia=－ib(5)將以上3個端電壓方程相加得到ua=ub+uc=ea+eb+ec+3un(6)在反電動勢過零點時刻ea+eb+ec=0。則(6)式可以簡化為ua+ub+uc=3un(7)那么(4)式就有3ec=3uc－(ua+ub+uc)(8)由(8)式可以看出，只要判斷(8)式右端的正負符號改變情況，就可以判斷出非導通相(C相)反電動勢的過零點。電機每旋轉(zhuǎn)一周，每一相的反電動勢過零2次，控制器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將電機三相繞組端電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利用公式(8)求得非導通相繞組反電動勢過零點，從而可以得到相應的換相信息。該種方法的優(yōu)勢是可以直接對端電壓進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，但是缺點也是顯而易見的———有PWM(pulse-widthmodulation，脈沖寬度調(diào)制)斬波等干擾信號，影響模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性，因此仍需要對三相端電壓進行濾波［7］。1．2三段式啟動法三段式啟動通常是先通過對指定相通電，確定轉(zhuǎn)子的初始位置，位置確定好之后電機轉(zhuǎn)速為零，反電動勢也為零，這時給電機施加頻率不斷增加切換信號，使電機不斷加速，即外同步加速階段［8］。當電機反電動勢的幅值達到指定值之后，將電機由外同步加速狀態(tài)切換到自同步狀態(tài)。首先
西北工業(yè)大學學報第35卷2．2仿真結(jié)果及分析為了驗證無位置傳感器無刷直流電機控制方案的可行性，在labview中進行有位置傳感器和無位置傳感器無刷直流電機控制方案仿真，其中位置傳感器選用霍爾位置傳感器，該傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛應用于檢測技術(shù)，尤其是電機轉(zhuǎn)子位置檢測。仿真模型的典型參數(shù)如下:電機阻抗:0．64Ω;電機感抗:0．75mH;額定電壓:24V;反電動勢系數(shù):0．1;阻尼系數(shù):0．2。圖2為有傳感器與無傳感器2類電機的啟動對比，從圖中可看出2種控制方案電機啟動均迅速，能在短時間內(nèi)達到給定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定運行;在外同步階段，電機預設(shè)換相點較為合理，電機可以穩(wěn)定加速;在外同步向自同步切換過程中切換點存在的相位誤差較小，沒有出現(xiàn)較為明顯的震蕩。通過對比說明，無位置傳感器無刷直流電機的啟動較為成功。相較于霍爾位置傳感器方案，無位置傳感器方案的不足之處在于，電機啟動時間稍有變長，在啟動階段電機轉(zhuǎn)速也不如霍爾位置傳感器無刷直流電機的平滑。無位置傳感器無刷直流電機啟動時間變長是因為三段式啟動法在轉(zhuǎn)子預定位階段需要在一段時間內(nèi)持續(xù)導通某相。圖2有傳感器與無傳感器啟動對比圖3為有傳感器與無傳感器2類電機在突增負載時的對比，從圖中可以看出，兩種模型均在空載情況下完成電機啟動，穩(wěn)定運行后，在12s時突增負載4N·m。根據(jù)波形分析，無位置傳感器方案在突增負載時的性能與霍爾位置傳感器控制方案基本相同，電機轉(zhuǎn)速能夠得到迅速、準確響應。圖3突增負載時的轉(zhuǎn)速波形圖3實驗為進一步驗證無刷直流電機無位置傳感器伺服控制系統(tǒng)的可靠性，搭建了實物實驗平臺，，如圖4所示。實驗平臺DSP(digitalsignalprocessor，數(shù)字信號處理器)采用TI公司提供的TMS320F2812芯片為核心?
【相似文獻】
相關(guān)期刊論文 前10條
1 邱建琪,史涔n
本文編號：2681485
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2681485.html
最近更新
教材專著
