转矩脉动抑制

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直接转矩控制磁链低频脉动分析及抑制

直接转矩控制磁链低频脉动分析及抑制丁惜瀛夏强赵鑫杨树平刘强(沈阳工业大学电气工程学院，沈阳110023)绱要本文蔗计算杭仿真鳃方法，详细分析了篮接转矩控制系统低频脉动的产生原因，解析了电机温升引起的定子电阻变化对定予磁链的估计精度的影响，提出用改进型磁链观测器替代传统的积分观测器；同时针对低频时逆变器开关频率避低导致转矩脉动增加的问题，细化磁链位置判别，降低传统露壹接转矩控割系统麓低频磁链辣赫，使控刽系统有更高戆嚷应速度和更强戆鲁槔性。

并用M a t l a b／Si m ul i nk软件建立了该直接转矩系统的仿真模型，仿真结果表明了改进方案的有效性。

关键词：直接转矩控嬲；低频脉动；磁链观测器；计算机仿真A na l ys i s and R e st r ai n of L ow Fr equency R i ppl e f or D i r ect T or queC ont r ol of F l ux L i nkageD i n g X i y#,g X i a Q i ng Z h ao x滚Y ang Shupi ng Li u Q i ang(School of E l ect r i ca l E ngi neer i ng，Shenyang U ni ve r si t y of T echnol ogy，Shenyang110023)A bs t r act I n t hi s pa pe r,t he r ea s o n of l o w蠹eq uen cy r i ppl e i n di r ec t t or que cont rol s ys t em i s di s c us s ed usi ng com p ut er s i m ul at i on m et hod，t he i nf l uence of st at o r r e si st a nc e change caused by m ot or t em perat ure r i se t o pre ci si on of st at or f l u x l i nka ge com p ut e is been anal ys ed．T he pap er br i ngs f or w ar d t hat t he t r a di t i on al i n t egr a l ob s er ver s houl d be subst i t ut e d by a novel f l ux obser ver．A i m i ng at t he i nc r ea s ed t or que r i ppl e pr ob l em caus ed by l ow i nver t e r s w i t ch f r equ ency at l ow fr e que ncy，t he pap er re fi ne d t he par t i t i on of f l ux posi t i on t o dec re a se t he l ow f r equ ency f l ux r i ppl e i n t he t r adi t i ona l di r ec t t or que c ont rol，w hi ch m a ke cont rol s ys t em have m or e r a pi d r es ponse s peed and m o r e H i gh l y R ob ust．T he pap er set up s i m ul a t i on m od el of di r ec t t or que c ont r ol s ys t em us i ng M at l a b／Si m ul i nk，t he s i m ul a t i on r esu l t i ndi c at ed t he va l i di t y of t he i m pr oved m e t hod。

抑制无刷直流电机转矩脉动的滑模观测器控制

ＨＰＷＭ — Ｌ
— —
，ｉ
×
０
１
ｔ２
１
ＰＷＭ是双管ＰＷＭ调制方式，即在
图１高速（＜４Ｅ）
－
任意时刻导通的两个功率管同时进行ＰＷＭ调制，
由式（１）得功率管ＶＴ１，Ｖ过渡到ＶＴ２，Ｖｒｒ３导通，
不确定系统控制的一种有效方法，实现了电机定子
１无刷直流电机数学模型和换相转矩脉动抑制分析
［三ｉ］＝［ｉ；］［兰］＋［兰兰］ ×
㈩
电流的精确估计。滑模变结构控制对参数变化和
控制。
通信作者简介：黄晓光（１９８８一），男，信息与电气＿［程学院硕士研
究生。Ｅ — ｍａｉｌ：７３９７００８２７＠ｑｑ．ｃｏｎ。
９６８４
科
学
技
术
与
工
程
１３卷
电机运动方程：
ｊｄｗ
一
相情况，换相引起转矩增大，转矩脉动为：
⑥
２０１３Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
机电技术
抑制无刷直流电机转矩脉动的滑模观测器控制
苗敬ｆｔ．０黄晓光
（河北工程大学信息与电气工程学院，邯郸０５６００６）
摘
要
无刷直流电机的转矩脉动影响电机整个系统的性能，制约其在高精度、高稳定性场合的应用。为了抑制无刷直流电

直流无刷电动机电磁转矩脉动抑制的研究

［］［一莩］；兰］＋］；考三］＝［一詈［［］一［＋毒
２电磁因素引起的转矩脉动
行效率高、调速性能好等特性。然而，在要求平滑运行的场合，特别是在低速运行情况下，由于直流无刷电动机存在转
矩脉动问题，无法实现更精确的位置控制和更高性能的速度
第９卷第４期
李奇贺，朱倍芳：提高纺织印染工业有机热载体锅炉效率的有效方法
参考文献：
７
３结束语
节约能源是我国节能减排基本国策的重要组成部分，是
［］陈鹏，韩立超．导热油炉在胶合板生产中应用的几个１
问题［］Ｊ．林业科技，２０，２（）６４．０２７５：４ — ８［］朱现卫．热媒炉风机的变频改造［］２Ｊ．聚酯工业，
了相应的策略加以抑制。
关键词：直流无刷电动机；数学模型；电磁转矩脉动
中图分类号：Ｔ０．Ｍ３３３文献标识码：Ａ
引言
直流无刷电动机（ＬＣＢＤＭ）既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具有直流电动机的运
（．Ｎｎｉｏｍｌｎｖｒｔ，ａｆｇ２０４，Ｃｉａ１ａｊｇＮｒａｉｓｙＮｎｎ１０２ｈｎ；ｎＵｅｉｉ
２ｕｈｕＥｅｙｓｖｇＴｃｎｌｉｅｉｅｔ，ｕｈｕ２０Ｃｉａ）．Ｓｚｏｎｒ－ｉｅｈｏｏｅＳｒｃＣｎｅＳｚｏ０３，ｈｎｇａｎｇｓｖｅｒ１５
ＴｒｎｆｒＭａｅｉｌＢｏｌｒｉｘｉｉｔｎｎｅｎｎｕｔｙａｓｅｔｒａｉｎＴｅｔｌＰｒｎｉｇａｄＤｙｉｇＩｄｓｒｅｅ

无刷直流电动机转矩脉动及其抑制方法综述

2 电流换向引起的转矩脉动
永磁无刷直流电动机工作时 , 定子绕组按一定顺序换流, 由于各相绕组存在电感 , 阻碍电流的瞬时变化 , 每经过一个磁状态 , 电枢绕组中的电流从某一相切换到另一相时将引起电机转矩的脉动。抑制由电流换相引起的转矩脉动的方法有 : 电流反馈法、滞环电流法、重叠换相法、 PWM 斩波法等。 2 1 电流反馈法非换相相电流的存在导致换相转矩脉动 , 很多文献通过各种方法致力于使非换相相电流保持恒定 , 从而使转矩脉动为零。一般来说, 电流反馈控制可以分为两种形式 : 一种是直流侧电流反馈控制。其反馈信号由直流侧取出, 主要控制电流幅值。由于它是根据流过直流电源的电流信号进行的 , 因此只需要一个电流传感器便可得到电流反馈信号。文献 [ 6 ] 对此方法进行了分析。另一种是交流侧电流反馈控制。其反馈信号由交流侧取出 , 此时 , 根据转子的位置来确定要控制的相电流, 使其跟随给定。在换相过程中 , 当非换相电流未到达给定值时 , PWM 控制不起作用 ; 当非换相电流超过设定值时 , PWM 控制开始起作用 , 关断所有开关器件 , 使电流值下降 , 直至低于设计值再闭合被关断的开关器件, 使其值上升, 以此往复 , 即可实现非换相相电流的调节 , 直至换相完成。 84
董少波, 程小华
( 华南理工大学电力学院 , 广州 510640) 摘要 : 转矩脉动是无刷直流电动机的固有缺陷 , 它限制了其在高精度系统中的应用。该文详细论述了转矩脉动产生的各种原因 , 并给出了相应的有效的抑制方法。关键词 : 转矩脉动 ; 无刷直流电机 ; 抑制方法中图分类号 : TM 36+ 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1001 6848( 2010) 08 0083 04

无位置传感器无刷直流电机转矩脉动抑制研究

ｏｈａｉｆａａｙｉｇｔｅｃｍｍｕａｉｎｐｏｅｓａｄｔｅｐｓｔｏ－ｅｓｒｅｓｃｎｒｌｐｒｎｉｌｆＢＬＤ・ｎｔｅｂｓｓｏｎｌｚｎｈｏｔｔｒｃｓｎｈｏｉｉｎ・ｎｏｌｓｏｔｏｉｃｐｅｏｏｓ－
曹建波，曹秉刚，许鹏，白志峰，陈文志
（安交通大学机械工程学院，安７０４）西西１０９
摘
要：为了减小无位置传感器无刷直流电机的转矩脉动，分析无刷直流电机换相及间接位置在
检测原理的基础上，改进了传统反电动势法的检测电路，对反电动势相移进行了补偿，消除电机以中性点电压和阻容滤波对反电动势检测电路的影响。为进一步抑制转矩脉动和改善系统的稳定性，采用换相电流预测控制策略的基础上，计了神经网络ＰＤ控制器。实验结果表明，计的在设Ｉ设转矩脉动综合抑制策略有效地降低了无位置传感器无刷直流电机的转矩脉动，具有较好的鲁棒性，准确地实现了无位置传感器换相控制，高了系统的可靠性。提关键词：直流电机；无刷直流电机；无位置传感器；反电动势法；转矩脉动
ｔｌｏｎｎｉｅｏｌｅｅｉｎｔｄＴｕｔｅｕｐｅｓｔｅｔｒｕｐｌｎｍｐｏｅｔｅｓｓｒｉｔａｄＲＣｆｔｒｃｕｄｂｌａｐｌｍｉａｅ．ｏｆｒｈｒｓｐｒｓｈｏｑｅｒｐｅａｄｉｒｖｈｙ。ｉ

无刷直流电机转矩脉动抑制研究_吴一欣

AB STRACT: Brush less DC m oto r system has the advantages such as h igh torque current ration, high ratating speed, good dynam ic pe rfo rm ance, re liable and easy to contro,l so it is w idely used in sm a ll and m edium - s ized pow erdr iven applications. But it has the d isadvantage o f larg e torque r ipple, w hich constra ins the application of the Brushless DC m oto r. In this paper, the torque ripple of brushless DC m otor is analyzed in deta i,l the HPWM - LON influence on the comm utation torque ripple o f brush less DC m oto r is ana lyzed in deta i.l A m ethod o f d irec tly fac ing torque ripple to compensate torque ripple is proposed. Based on the theo ry above, P sp ice simu lation m ode is bu ilt. A nalysis and com parison of s imu lation resu lts show, that th is com pensa tion m ethod can effec tive ly suppress the to rque ripple, im prove the accuracy, and e lim inate the no ise caused by to rque r ipp le. K EYW ORDS: Brush less DC m otor; PWM; To rque r ipple; Sim ulation

SRM转矩脉动抑制的控制策略分析

２．中国科学技术大学信息科学技术学院，徽合肥２０２；安３０７３．舍肥工业大学电气与自动化工程学院，徽合肥２００）安３０９
摘要：关磁阻电机运行中转矩脉动比较明显，开由此引起的电机噪声及转矩波动制约了其在高性能控制
ａｄＴｃｎｌｇｆＣｉａ，ｎｅｈｏｏｙｏｈｎＨｅ２０２，ｈｉＣｉａ；．ＣｏｌｇｆＥｌｃｒｃｌｎ３０７Ａｎｕ，ｈｎ３ｌｅｅｏｅｔｉａｄａ
ＡｕｏｔｎｉｅｒｎｔｍａｉＥｇｎｅｉｇ，ＨｅｅｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇ，ｆｉ３０９Ａｎｕ，ｈｎ）ｃｆｉｉｅｓｙｏｅｈｏｏｅＨｅｅ２００，ｈｉＣｉａＵｔ
领域的应用。优化电机的结构设计及采用合适的控制技术是抑制开关磁阻电机转矩脉动的２种主要方法。在对开关磁阻电机转矩脉动产生机理分析的基础上，控制的角度综述了开关磁阻电机转矩脉动抑制的若从
（．ＤｅａｔｎｆＥｌｃｒｎｃｎｅｔｉａｇｎｅｉｇ，ｆｅｉｅｓｔＨｅｉ２００，１ｐｒｍｅｔｏｅｔｏｉｓａｄＥｌｃｒｃｌＥｎｉｅｒｎＨＰｉＵｎｖｒｉｙ，ｆｅ３６１
Ａｎｕ，ｈｎ；．ＳｈｏｆＩｆｒｔｎＳｉｎｅｎｅｈｏｏｙ，ｎｖｒｉｆＳｉｃｈｉＣｉａ２ｃｏｌｎｏｍａｉｃｅｃｄＴｃｎｌｇＵｉｅｓｔｏｃｅｅｏｏａｙｎ

无刷直流电机换相转矩脉动抑制新策略

ｃｍｕａｉｎ，ｍｏｔｌｃｒｍａｅｉｏｒｅｃｎｂｅｇｅ；ｓｃｄ，ｃｍｐｒｏｍｍｕａｉｎｍｏｏｒｅｅｔｏａｏｍｔｔｏｏｒｅｅｔｏｇｎｔｃｔｑｕａｔｅｏｎｏａｅｃｔｔｏｔｌｃｒｍｇｎｅｉｔｃ
电气传动２１０２年第４２卷第１Ｏ期
ＥＥＴＩＲＶＥ２１Ｖ１２Ｎｏ１ＬＣＲＣＤＩ０２ｏ．４．０
无略
王会明，学明，武丁尹
（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０９）００３
ｄｕｃｄ；Ｆｉａｌｔｒｕｇｔｏｎｒｅｎｌｙ，ｈｏｈｈｅｃｔｏｌｏｎ— ｌｉｅｏｆｃｎｄｕｔｎｇｓａｅＭ０ＳＦＥＴ，ｍｏｏｒｌｃｒｍａａｌｔｍｏｃｉｔｔｔｅｅｔｏｇｎｅｉｏｒｕｅｔｃｔｑｒｐｅｃｎｂｅｍｉｉｕ．Ｔｈｅｅｅｉｅｔｐｒｅｈｏｐｅｍｐｏｄｐｓｄｈｏｌｔｏｍｅｈｏａｆｉｐｌａｎｍｍｘｐｒｍｎｏｖｓｔｅｐｒｏｓｄｉｒｖｅｕｌｅｗｉｔｍｄｕａｉｎｔｄｃｎｅ — ｆｃｉｅｙｒｓｒｎｔｅｔｑｉｐｌｎｄｉｐｏｅｓｔｍｒｏｒａｅｅｔｖｌｅｔａｉｈｏｒｕｅｒｐｅａｍｒｖｙｓｅｐｅｆｍｎｃ．
动最小。实验证明，出的改进脉宽调制方法能有效地抑制转矩脉动，高系统性能。提提关键词：刷直流电机；电流；矩脉动；宽调制无相转脉

非换相期间无刷直流电机转矩脉动分析与抑制

第４４卷第４期
２１年０１
４月
徽电机
ＭＩＣＲＯＭＯＴ０ＲＳ
ＶｏＬ４４．Ｎｏ４．Ａｐｒ２１．０１
非换相期间无刷直流电机转矩脉动分析与抑制
李怀兵，丑武胜，冯震
１０９）０１１（京航空航天大学机器人研究所，北京北
ＰＷＭＮｄｌｔｎ．ＴｈｉｒｆｔｅｔｒｕｅｒｐｌｓｃｕｅｙｔｅＰＷＭＦｍｏｕａｉｏｅｍａｎｐａｔｏｏｑｉｐｅｗａａｓｄｂｈｈＦａｄｔｅｄｏｒｅｎｈｉｄｅｆｅ —
密度大，调速性能好等一系列优点，在许多领域得
ｗｈｅｌｆｉａｔｖｈａｅｃｎｃｍｐｎａｅｔｅｔｒｕｉｐｌｏｓｍｅｅｔｎ．Ｍｅｎｉｅｉｏｎｃｉｅｐｓａｏｅｓｔｈｏｑｅｒｐｅｔｏｘｅｔｎｇａｗｈｌｅ，ｈｙｔｒｓｓｃｒｅｔｓｅｅｉｕｒｎｃｎｒｌｗａｒｐｓｄｔｕｐｒｓｈｏ — ｏｍｕａｉｎｔｒｕｅｒｐｌ．Ｔｈｉｌｔｏｎｘｅｍｅｔｓｏｔｅｏｔｏｓｐｏｏｅｏｓｐｅｓｔｅｎｎｃｍｔｔｏｏｑｐｅｉｅｓｍｕａｉｎａｄｅｐｒｉｎｈｗｈｄｆｅｅｃｅｗｅｎｔｔｏｎｈｒｄｔｏａｔｏｉｆｒｎｅｂｔｅｈｅｍｅｈｄａｄｔｅｔａｉｉｎｌｍｅｈｄ，ａｏｅｔｅｖｌｔｆｔｅｍｅｈｄｓｐｒｓｉｇｎｄｐｒｖｈａｉｙｏｈｔｏｕｐｅｓｎｄｉｔｅｔｒｕｅｒｐｌｕｉｏｃｍｍｕａｉｎ．ｈｏｑｉｐｅｄｒｎｇｎｎ—ｏｔｔｏ

无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法

度也有所改变。
为了计算不同反电势和电流波形配合下的电磁转矩
波动，把Ａ相理想电流用傅里叶级数分解：
ｉｃｌ＋ｃ０３。ｌ．１ａｏｓ｝。１０ｓｓ．）＝ｓｉｓｓ＋ｃｅ５］（・０ｅ３ｉ１５ｉ［ｎｎｎ
Ｉｆ＋Ｌ１ｆｒ１ｆＭｆｅ：ｊｌｌＵ１１０ｆＬＪＪ１ｊ０１Ｍｍ：ＪｄＩｌｉＭｆｉＪｉｂ
Ｌ
Ｔ（ａ＋ｂ＋（）＝一ｅｅｉｅｉｂ＿ｉ
（）４
此时电机的转矩时恒定的，无转矩波动。
然而，实际中由于电机电感的存在，限制了电流的
变化率。电机运行中的电流不可能为矩形：
１转矩脉动的产生
无刷直流电动机的结构如图１所示。
ｉ４（ｉ）ｅｓｅｉｚａｓｓ，音（３ｓ０＝１ｉｎｓｉ，３丢ｐｎ０ｉｎ＿＋［ｎｎ
无刷直流电动机转矩脉动抑制控制方法
李晓飞，李强，刘京成，任美容，赵涓涓
（内蒙古工业大学机械学院，内蒙古呼和浩特００５）１０１
摘
要：对无刷直流电动机转矩脉动的产生机理进行分析，并通过对等效电路数学模型和运行状态的分
如图２所示。
的噪声、火花等，而且抗干扰性能好，运行可靠，维护
方便，同时也延长了电机的使用寿命。无刷直流电动机

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1229−9138/2011/057−16

291TORQUE RIPPLE MINIMIZATION CONTROL OF PERMANENTMAGNET SYNCHRONOUS MOTORS FOR EPS APPLICATIONS

G. H. LEE1), W. C. CHOI1), S. I. KIM2), S. O. KWON2) and J. P. HONG2)*

1)Graduate School of Automotive Engineering, Kookmin University, Seoul 136-702, Korea2)Department of Automotive Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea

(Received 18 February 2009; Revised 9 August 2010)ABSTRACT−This paper identifies a control method used to reduce torque ripple of a permanent magnet synchronous motor(PMSM) for an electric power steering (EPS) system. NVH (Noise Vibration Harshness) is important for safe and convenientdriving. Vibration caused by motor torque is a problem in column type EPS systems. Maintaining a very low torque ripple isone solution that allows for smoother steering. Theoretically, it is possible to design and drive the motor without torque ripple.However, in reality, a PMSM system torque ripple is caused by the motor itself (saturation in the iron core and EMF distortion)and the imperfect driver. This paper analyzes torque ripple of a PMSM system, and an advanced PMSM control method forthe column typed EPS system is presented. Results of the analysis indicate that the compensation current is needed in orderto minimize torque ripple when a PMSM is driven.

KEY WORDS:Electric power steering, Magnetic saturation, PMSM, Torque ripple, Deadtime, EMF distortion

1. INTRODUCTIONResearch is being performed to improve the fuel efficiencyof vehicles. One of the main areas of focus is on thesteering of auxiliary equipment. Electric Power Steering(EPS) is receiving more attention than Hydraulic PowerSteering (HYPS). Electric power steering (EPS) is a systemthat supplies motor power directly to the steering to assiststeering torque while HYPS uses an oil pump that is drivenby the engine (Shimizu and Kawai, 1991). A permanent magnet synchronous motor (PMSM) hasbeen used to improve the performance of EPS. Since aPMSM has many advantages, such as high efficiency andhigh torque per rotor volume, it is especially suitable forautomotive applications in which space and energy savingsare critical (Miyoshi et al., 2005). In a column type EPSsystem, the PMSM is linked to the steering shaft via areduction gear. This connection transfers the motorvibration and torque fluctuation directly through thesteering wheel to the hands of the driver (Zhang et al.,2008). For this reason, only the ripple between one andthree percent of rated torque is permitted. Several technical papers have presented a motor designandcontrol technique to reduce cogging torque and torquepulsation (Islam et al., 2005; Mattavelli et al., 2005; Bianchiet al., 2002; Lee et al., 2008). However, this paper discussesan estimation method of compensation current for suppress-

ing torque ripple caused by a PMSM (Lee et al., 2008).In an EPS application, the magnetic saturation in thestator core and distortion of EMF is inevitable due tospatial and cost limitations(Lee, 2010). Imperfections of alow voltage inverter for EPS can be severe. This paper alsoanalyzes torque ripple caused by the motor, deadtimeeffects, and current offset problems of the PMSM driver.The harmonic current distribution is calculated using finiteelement analysis, and the effective dead time compensationmethod is proposed.

2. TORQUE RIPPLE OF PMSM2.1. Torque Ripple of PMSM for the EPSFigure 1 indicates a fabricated PMSM for the column typeEPS system. The rotor configuration was skewed to reducecogging torque. Segment type and ring type rotors are usedfor the purpose of this research. The specifications for aPMSM are listed in Table 1. Cogging torque and totalharmonic distortion (THD) of a back-EMF required in themotor are less than 0.02 Nm and 0.7% respectively. If therotor of a SPMSM is composed of segment-type permanentmagnets, there is relatively low THD in the back-EMF(0.7%). A ring-type magnet has a higher THD in the back-EMF (2.3%) and an acceptable level of productivity.The torque waveforms of segment and ring magnets areshown in Figure 2. In order to measure torque rippleaccurately, the motor is driven at 10 rpm, and input currentis controlled with a THD less than 0.5%. As the magnetictorque increases, the electric frequency increases by a*Corresponding author. e-mail: hongjp@hanyang.ac.kr