无刷直流电机直接转矩控制
无刷直流电机直接转矩控制
Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｍｏｔｏｒｓ
崔如泉 孙振源 王毓．１ｌ『页 （青岛大学自动化工程学院控制工程系，山东青岛２６６０７１）
摘 要
由于无刷直流电机转矩波动较大，不但会产生噪声和振动等问题，而且会影响整个系统的性能。由于直接转矩控制具
有瞬时转矩控制的特点，提出了一种基于直接转矩控制的无刷直流电机控制系统实现方案，该方案对转矩进行闭环控制，
通过转矩滞环调节器输出的控制信号和由位置传感器测得的转子位置选择相应的空间电压矢量，实现对电机转矩的直接
控制，以达到抑制转矩波动的目的。仿真结果表明该方案可行有效，能够较好的抑制无刷直流电机的转矩波动。
关键词：无刷直流电机，直接转矩控制，空间电压矢量
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒｓ（ＢＬＤＣＭ）ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｒａｗｂａｃｋ ｏｆ ＢＬＤＣＭ，ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃａｎ ｐｒｏ—
ｄｕｃｅ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｉｍｐａｃｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＴＣ）ｃａｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ｉｎｓｔａｎｔｌｙ．ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ＤＴＣ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ＢＬＤＣＭ．Ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｏｒｑｕｅ ｂｙ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ
ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｐｏ—
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无刷直流电机直接转矩控制的优化措施
作者：纪永生
来源：《中国高新科技·上半月》2018年第05期
摘要：无刷直流电机具有调速功能优良、结构简单、能量密度高等特点，被广泛应用在医疗器械、国防、交通以及航天航空等领域。但是无刷直流电机的转矩脉动大，使系统的性能受到极大影响。基于此，文章首先阐述直接转矩控制的原理，然后对造成无刷直流电机转矩脉动的原因进行分析，并提出无刷直流电机直接转矩控制的优化措施，能够有效抑制转矩脉动，提升电机的转矩特性。
关键词：无刷直流电机；转矩脉动；离散空间矢量
文章编号：2096-4137（2018）09-078-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2018.09.12
1 抑制转矩脉动的重要性
随着现代电子技术和微电子技术的发展，无刷直流电机控制技术发展得越加成熟，优越性越加凸显，应用范围越来越广泛。但无刷直流电机特有的控制特性以及特有结构，在为人们带来新机遇的同时，又带来了严峻的挑战，其应用会产生转矩脉动，使其在高精度、高稳定性、更加广泛领域中的应用受到了很大限制。对于无刷直流电机来说，转矩脉动是其运行过程中最需要关注的一个重要问题，所以，分析探索更好的控制方法，有效抑制转矩脉动，提升电机的转矩特性，具有十分重要的现实意义。
2 直接转矩控制的原理
无刷直流电机的转矩的大小不但与转子、定子的磁链幅度有关，还与定子和转子的磁链夹角有关。直接转矩控制的核心思想是：在幅值不变的情况下，其夹角从0°到90°，其电磁转矩就会随之从0变到最大。也就是说，通过对夹角的控制能有效控制转矩。转矩受到电压矢量的影响主要体现在转子和定子磁链夹角的控制作用，电机在运行过程中，定子的磁链幅值是额定值且恒定，而转子的磁链取决于负载。要想优化控制转矩，必须改变转子和定子的磁链夹角，通过改变电压矢量来完成。零电压矢量让定子磁链停，而工作的电压矢量则让定子磁链走，电压矢量控制其走停动作。也就是说，电压矢量通过控制力磁通角的大小，也就控制了无刷直流电机的直接转矩。
电扎西控制应用２０１３，４０（６） 控制与应用技术 ＥＭＣＡ
永磁同步电机直接转矩控制及仿真
冯 涛 ， 陆 华 （１．大连伯顿冠力电机有限公司，辽宁大连１１６０２１；
２．海军驻上海电站辅机厂军事代表室，上海２０００９０）
摘要：介绍了一种基于永磁同步电机（ＰＭＳＭ）的简单有效的直接转矩控制（ＤＴＣ）技术。利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 搭建ＤＴＣ系统，仿真分析了ＰＭＳＭ在不同转速和转矩条件下的性能，并验证算法的可行性。该控制技术能够 满足系统控制快速性的要求，具有良好的速度控制特性。结果分析表明，定子磁链和电机转矩可通过选择合 理的电压空间矢量得到有效控制。 关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；磁链；电压空间矢量 中图分类号：ＴＭ ３０１．２：ＴＭ ３５１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－６５４０（２０１３）０６－００２７－０５
Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉ０ｎ ０ｆ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
ＦＥＮＧ Ｔａ０ ． 口 （１．Ｄａｌｉａｎ Ｋｏｎｉ Ｍｏｔｏｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ ｌ１６０２１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｖｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ａｔ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｔ：Ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｅｄｓ ａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒａｐｉｄｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈａｔ ｗａｓ，ｉｔ ｈａｄ ｇｏｏｄ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｆ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｌｕｘ ｌｉｎｋａｇｅ；ｖｏｌｔａｇｅ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ
电气传动 ２０１１年 第４１卷 第８期 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ２０１１ Ｖ０１．４１ Ｎｏ．８
新型无刷直流电机直接转矩控制
王超，黄运生，韩华 （中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００８３）
摘要：直接转矩控制被应用在无刷直流电机系统中，以减小转矩脉动。无刷直流电机直接转矩控制都是 基于电压矢量空间６扇区划分的，提出了１２扇区划分的控制策略，以求更加有效地减小转矩脉动，并针对直 接转矩控制中转矩观测的问题，构建了以相电流、相电压为输入，电磁转矩为输出的小波神经网络，实现转矩 的预测。仿真与实验结果表明：基于小波神经网络的转矩预测，结合无刷电机１２扇区直接转矩控制，良好地 实现无刷电机的转矩平稳控制。 关键词：无刷直流电机；直接转矩控制；１２扇区划分；小波神经网络；转矩预测 中图分类号；ＴＭ３５２；ＴＰ１８３ 文献标识码：Ａ
Ｎｏｖｅｌ Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ Ｍｏｔｏｒ ＷＡＮＧ Ｃｈａｏ，ＨＵＡＮＧ Ｙｕｎ—ｓｈｅｎｇ。ＨＡＮ Ｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ，ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＴＣ）ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｕｓｈ— ｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ（ＢＬＤＣＭ）ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ．ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＤＴＣ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｘ ｓｅｃｔｏｒｓ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｓｐａｃｅ．Ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａ ｎｏｖｅｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＢＬＤＣＭ ＤＴＣ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｗｅｌｖｅ ｓｅｃｔｏｒｓ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔＯ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｉｎ ＤＴＣ，ａ ｗａｖｅｌｅｔ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＮＮ），ｗｈｏｓｅ ｉｎｐｕｔｓ ａｒｅ ｐｈａｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ，ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａｎ ｅｘｐｅｒｉ－ ｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ＤＴＣ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ＷＮＮ ａｂｏｖｅ ｉｓ ｗｅｌｌ ｂａｌ— ａｎｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ（ＢＬＤＣＭ）；ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｗｅｌｖｅ ｓｅｃｔｏｒｓ ｄｉｖｉｓｉｏｎ；ｗａｖｅｌｅｔ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｔｏｒｑｕｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
