無刷直流電動機(jī)電流滯環(huán)跟蹤控制方法的研究
王興貴,黃志勇,孫宗宇
(蘭州理工大學(xué),蘭州730050)
摘要:通過無刷直流電動機(jī)數(shù)學(xué)模型,分析了無刷直流電動機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩波動的原因,在此基礎(chǔ)上,提出采用電流滯環(huán)跟蹤pwm控制方式來減小電磁轉(zhuǎn)矩的波動。最后分別從理論推導(dǎo)和實驗證明了采用電流滯環(huán)跟蹤pwm控制方式時輸出電流波形更接近理想的方波電流,減小了無刷直流電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動。
關(guān)鍵詞:無刷直流電動機(jī);電流滯環(huán)跟蹤控制;電磁轉(zhuǎn)矩波動
中圖分類號:tm36+l 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a 文章編號:1001-6848( 2010) 02-0051-03
0引l 言
無刷直流電動機(jī)( bldcm)不僅具有傳統(tǒng)直流電動機(jī)良好的動、靜態(tài)調(diào)速性能,并且具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、易于控制,無換相火花等優(yōu)點(diǎn),因而在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中礙到了廣泛的應(yīng)用。然而,目前應(yīng)用pwm控制技術(shù)的bldcm控制器多是電壓源型的。由于這類控制囂輸出的電流并不是理想方波電流,存在電磁轉(zhuǎn)矩波動不可克服的缺點(diǎn)。本文中提出采用電流滯環(huán)跟蹤pwm控制方法,通過直接控制檀電流以減小電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動。該控制方法具有轉(zhuǎn)矩波動小,電路簡單易實現(xiàn),適用于高性能的伺服控制系統(tǒng)。
1 無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型
無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
假設(shè)三相繞組完全對稱,氣隙磁場為理想的方波;忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)的影響;磁路不飽和,不計渦流和磁滯損耗等因素。則可以建立理想狀態(tài)下bldcm數(shù)學(xué)模型如式(1):
式中,ua、ub、uc為三相繞組端電壓;ia、ib、ic為三相繞組電流;ea、eb、ec為三相繞組反電動勢;un為中性點(diǎn)對地電壓;r、l為繞組等效電阻值和電感值;則可以建立電磁轉(zhuǎn)矩方程為:
2 電磁轉(zhuǎn)矩波動產(chǎn)生的原因
對于兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī),任一時刻總是兩相導(dǎo)通,如圖2所示。此時的電磁轉(zhuǎn)矩為:
電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程為:
將式(4)、式(5)代入式(3)得:
由式(6)可知,電磁轉(zhuǎn)矩正比于相電流,因此假設(shè)電流為理想的方波電流,則電磁轉(zhuǎn)矩波動為零。然而實際情況下,由于電感的存在,使得相電流不能突變;而普通pwm調(diào)制方式,是通過調(diào)節(jié)輸出pwm波的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小,而達(dá)到電動機(jī)調(diào)速的目的;這樣電流也就不一定為理想的方波電流,圖3為其輸出的a相相電流實驗波形。
由圖3可見,電動機(jī)a相導(dǎo)通期間,電流波形出現(xiàn)兩個較大尖峰。由式(6)可知,電流出現(xiàn)尖峰將導(dǎo)致電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)波動。為使輸出電流波形接近理想的方波電流,采用了電流滯環(huán)pwm控制策略,直接對bldcm相電流進(jìn)行控制。
3 電流滯環(huán)pwm控制方案的確定
電流滯環(huán)pwm控制是基于反饋控制的思想,使實際輸出電流圍繞著給定的電流信號做鋸齒形變化,與此同時,驅(qū)動電路輸出的電壓波形為不規(guī)則的pwm波。圖4所示為電流滯環(huán)跟蹤pwm輸出電流波形。
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