无刷直流电机无传感控制方式的优化研究

机电技术应用

173

无刷直流电机无传感控制方式的优化研究

吕明杰

（杭州松下马达有限公司，浙江 杭州 310018）

摘　要：在生活中，无刷直流电机的应用非常广泛，提高其操作稳定性、速度和精度具有重要意义。无刷直流电机无位置传感器控制技术摒弃了传统的转子位置传感器，采用实时算法估计转子位置，在控制算法设计的基础上，使电机运行达到健康有序的状态，从而提高转子位置的估计精度和设计先进的控制算法，成为提高运动控制系统性能的关键。基于此，文章对转子位置估计算法和无刷直流电机控制算法的研究进展进行了总结，并介绍了各种算法的优缺点和实际应用范围。关键词：无刷直流电机；无传感控制；优化中图分类号：TM33󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃󰀃随着社会的不断发展，利用现代化技术对有刷直流电机和无刷直流电机进行对比，可以得出无刷直流电机结构方面简单化，高效率，成本最小化，可靠性稳定，无刷直流电机越来广泛运用在航空领域、家电行业以及电动汽车领域。无刷直流电机通过无位置传感控制方面的技术一定程度上实现硬件成本最小化，相关环节设计流程简单化，也是推动无刷直流电机实际利用范围。无刷直流电机主要包括转子位置估计和运动控制。提高转子位置的估计精度和电动机的性能控制是提高系统操作的关键，也是提高电机工作效率的主要途径。目前，国内外专家学者进行各种各样的研究并取得了很多进展领域的成果主要涉及转子位置估计算法和运动控制算法方面[1]。1 无刷直流电机转子位置估计算法在传统的反电动势方法中，根据实际的需求进行设计零测试方法，这种方法利用可以检测出两相线两端的电压，计算出即将发生的反电动势零力矩后，再对30°电滞角进行补偿。另外，文章对不同脉宽调制方式下的悬相流情况进行了分析，指出在双管悬挂下的调制流，在单管悬挂下的后生产相为调制方式，这种方法在机构设计方面比较简单以及具有灵敏性较高的特点[2]。

基于传统的飞轮二极管方法前提下，根据实际运用过程中设计具有针对性的互补补偿类型飞轮二极管方法。传统的飞轮二极管方法具有电压降和相位延迟器件而导致相位误差的变化，并通过改变直流电机的脉宽调制方式来改进该方法。结果表明，该方法经PSPICE软件仿真模型验证，转子位置信号相位可以利用针对性的方式进行有效检测。基于传统类型的电感反电势检测途径的前提下，提出了一种基于间接电感法的电机低速转子位置检测方法。利用不同的方式进行理论分析和相关的实验测试表明，该方法的运用和研究与电机转速没有必然的联系，并指出用普通星型无刷直流电机三角形和中性点连接无刷直流电机的方法可以取得有效的成果，也是实现推动间接法的应用范围越来越大的主要途径和方式。通过相关的理论分析和实验测试，指出了传统的三谐波自同步开关故障。在此基础上，提出了一种基于三相谐波检测和转子位置过零检测的新方法。该电路实现了基于DSP的转子位置检测算法。实验结果表明，该方法能准确检测换相点，位置检测的精度和可靠性得到大幅度提升[3-4]。

2 无刷直流电机控制算法

现实的无刷直流电机控制环节中，无刷直流电机采用的

——————————————作者简介：󰀃吕明杰（1991—），男，浙江杭州人，助理工程师，研究

方向：无刷直流电机。

󰀃文章编号：1672-3872（2019）20-0173-01

系统具有线性的特点，利用经典PID控制设计控制算法相关理论结果，然而，无刷直流电机受到外部干扰因素以及负载的不同程度变化，也是造成控制系统变化的因素来源于非线性摩擦阻尼的影响以及电机的动态特性。无刷电机系统本质上是一个非线性多变量系统。传统的PID控制器具有固定性的参数设置，现实运用过程中需要进行人工方面的设定主要的原因是无法跟上状态的变化[5]。现实中结合控制器设计了模糊PD+ID控制，仿真结果表明，该方法提高了系统的鲁棒性，具有抗负载干扰优势，也是推动实际运用实现的可能性。基于波波夫超稳定理论设计的无刷直流电机和模型参考自适应控制器，控制器以期望系统模型为参考模型，以对未知参数的转动惯量，采用自适应非线性控制律使实际模型与参考模型的输出相一致，以保证系统满足性能要求。仿真结果表明，采用该控制器时，电机在起动、负载变化时输出的转矩会出现波动信号。巧妙地降低了系统的抗干扰能力，从而提高了系统的抗干扰能力[6]。

3 结束语

文章综述的研究对象为无刷直流电机无位置传感器控制技术，涉及转子位置估计算法和运动控制方法。其中，转子位置估计算法研究目的主要是改善传统方法，提高位置估计精度，也是拓展应用范围。电机控制方法研究目的是新型的控制算法被广泛运用在无刷直流电机控制方面，控制系统方面的鲁棒性和环境适应能力得到进一步提升，提高实际的生产效率，也为推动工程的顺利进行创造条件，对实际生产过程中问题的解决具有参考价值。参考文献：

[1]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京:科学出版社,2009.[2]李自成,程善美,蔡凯,等.反电动势过零检测无刷直流电机转

子位置新方法[J].电工技术学报,2016,24(7):52-58.[3]贺曦,廖勇.基于线电压差值的无位置传感器无刷直流电机转子

位置检测[J].微电机,2013,46(3):33-37.[4]吴一欣,焦振宏.一种改进的检测无刷直流电动机转子位置方法

[J].微特电机,2015,37(2):14-15+19.[5]王华斌.基于间接电感法的永磁无刷直流电机无位置传感器控制

[D].重庆:重庆大学,2009.[6]曹宽,万彦辉,王京锋,等.一种改进三次谐波法的无刷直流电

动机无位置传感器控制[J].微特电机,2013,41(3):40-43.

（收稿日期：2019-7-18）