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直流無(wú)刷電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)信息智能網(wǎng)

永磁無(wú)刷電機(jī)的四大控制策略
2024-05-20

         任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間互差90°,因此可以獨(dú)立調(diào)節(jié);交流電機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)互不垂直,互相影響。因此,長(zhǎng)期以來(lái),交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究,目前的交流電機(jī)控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。 一、恒壓頻比控制 恒壓頻比控制是一種開(kāi)環(huán)控制。它根據(jù)系統(tǒng)的給定,利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓uout進(jìn)行控制,使電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)所,由于開(kāi)環(huán)變壓變頻控制方式簡(jiǎn)單,至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中,但因其依據(jù)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型,無(wú)法獲得理想的動(dòng)態(tài)控制性能,因此必須依據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁無(wú)刷電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線性、多變量,它含有ω與id或iq的乘積項(xiàng),因此要得到精確的動(dòng)態(tài)控制性能,必須對(duì)ω和id,iq解耦。近年來(lái),研究各種非線性控制器用于解決永磁無(wú)刷電機(jī)的非線性特性。 二、矢量控制 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持,對(duì)于交流電動(dòng)機(jī),目前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。自1971年德國(guó)西門(mén)子公司F.Blaschke提出矢量控制原理,該控制方案就倍受青睞。因此,對(duì)其進(jìn)行深入研究。 矢量控制的基本思想是:在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律,磁場(chǎng)定向坐標(biāo)通過(guò)矢量變換,將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量,并使這兩個(gè)分量相互垂直,彼此獨(dú)立,然后分別調(diào)節(jié),以獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置(頻率和相位)的控制。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能,最終的實(shí)施是對(duì)id,iq的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量,其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),因此調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算都不方便。需借助復(fù)雜的坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制,而且對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性很大,難以保證完全解耦,使控制效果大打折扣。 三、直接轉(zhuǎn)矩控制 矢量控制方案是一種有效的交流伺服電動(dòng)機(jī)控制方案。但因其需要復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換,而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械常數(shù)低于電磁常數(shù),所以不能迅速地響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對(duì)矢量控制的這一缺點(diǎn),德國(guó)學(xué)者Depenbrock于上世紀(jì)80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案,即直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反饋環(huán)節(jié),采取定子磁鏈定向的方法,利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。DTC最早用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī),1997年L Zhong等人對(duì)DTC算法進(jìn)行改造,將其用于永磁無(wú)刷電機(jī)控制,目前已有相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。 DTC方法實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在得到電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后,即可對(duì)永磁無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行DTC。圖2給出永磁同步電機(jī)的DTC方案結(jié)構(gòu)框圖。它由永磁無(wú)刷電機(jī)、逆變器、轉(zhuǎn)矩估算、磁鏈估算及電壓矢量切換開(kāi)關(guān)表等環(huán)節(jié)組成,其中ud,uq,id,iq為靜止(d,q)坐標(biāo)系下電壓、電流分量。 雖然,對(duì)DTC的研究已取得了很大的進(jìn)展,但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟,例如:低速性能、帶負(fù)載能力等,而且它對(duì)實(shí)時(shí)性要求高,計(jì)算量大。 四、解耦控制 永磁無(wú)刷電機(jī)數(shù)學(xué)模型經(jīng)坐標(biāo)變換后,id,id之間仍存在耦合,不能實(shí)現(xiàn)對(duì)id和iq的獨(dú)立調(diào)節(jié)。若想使永磁無(wú)刷電機(jī)獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能,就必須解決id,iq的解耦問(wèn)題。若能控制id恒為0,則可簡(jiǎn)化永磁無(wú)刷電機(jī)的狀態(tài)方程式為: 此時(shí),id與iq無(wú)耦合關(guān)系,Te=npψfiq,獨(dú)立調(diào)節(jié)iq可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的線性化。實(shí)現(xiàn)id恒為0的解耦控制,可采用電壓型解耦和電流型解耦。前者是一種完全解耦控制方案,可用于對(duì)id,iq的完全解耦,但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜;后者是一種近似解耦控制方案,控制原理是:適當(dāng)選取id環(huán)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù),使其具有相當(dāng)?shù)脑鲆?,并始終使控制器的參考輸入指令id*=O,可得到id≈id*=0,iq≈iq*o,這樣就獲得了永磁無(wú)刷電機(jī)的近似解耦。圖3給出基于矢量控制和id*=O解耦控制的永磁無(wú)刷電機(jī)。 雖然電流型解耦控制方案不能完全解耦,但仍是一種行之有效的控制方法,只要采取較好的處理方式,也能得到高精度的轉(zhuǎn)矩控制。因此,工程上使用電流型解耦控制方案的較多。然而,電流型解耦控制只能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的靜態(tài)解耦,若實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的控制精度。另外,電流型解耦控制通過(guò)使耦合項(xiàng)中的一項(xiàng)保持不變,會(huì)引入一個(gè)滯后的功率因數(shù)。                    

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永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 微電機(jī)堵轉(zhuǎn)對(duì)電機(jī)影響會(huì)有多大 直流電機(jī)可控硅調(diào)速原理及常見(jiàn)故障檢修 高速有刷雙向直流電機(jī)簡(jiǎn)介 直流無(wú)刷電機(jī)用位置傳感器的原因 無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)解析 盤(pán)式永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)詳解 基于LIN總線的車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)LIN總線設(shè)計(jì) 盤(pán)式永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 決定直流無(wú)刷電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的主要因素 直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備, 由于直流電動(dòng)機(jī)具有低轉(zhuǎn)速大力矩的特點(diǎn),是交流電動(dòng)機(jī)無(wú) 法取代的, 因此調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備—直流調(diào)速器,具有廣闊的應(yīng)用天地。 直流調(diào)速器的工作原理: 直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備,上端和交流電源連接,下端和直流電動(dòng)機(jī)連接。直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源,一路輸入給直流電機(jī)礪磁(定子),一路輸入給直流電機(jī)電樞(轉(zhuǎn)子),直流調(diào)速器通過(guò)控制電樞直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 同時(shí)直流電動(dòng)機(jī)給調(diào)速器一個(gè)反饋電流,調(diào)速器根據(jù)反饋電流 淺談PWM波控制舵機(jī)以及舵機(jī)控制方法總結(jié) 直流電機(jī)更換電刷的方法及注意事項(xiàng) 單路50A直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器介紹 永沛電機(jī)永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)傳感器控制 永磁直流電機(jī)設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)說(shuō)明 無(wú)刷電機(jī)重要發(fā)展方向 永磁直流電機(jī)的原理 電機(jī)調(diào)速器的工作原理 低壓直流電機(jī)調(diào)速器24v 2kw直流馬達(dá)控制器
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