永磁無刷直流電機的控制研究

摘 ?要：無刷直流電機屬于一種使用壽命長、運行效率較高、噪音低以及機械性能相對較好的一種設備，在汽車、軍事以及航空等不同領域均有著較高的應用價值。本文基于無刷直流電機的工作特征與結構特征，簡要分析無刷直流電機及其控制，希望可以為相關工作者提供幫助。

關鍵詞：永磁;無刷直流電機;控制研究

0.引言

隨著科學技術研究進度的不斷深入，永磁電機的研究也在不斷的深入。無刷直流電機已經成為我國非常重要的技術設備，其對于整個工業生產、節能電機系統建設等均有著比較突出的貢獻作用。無刷直流電機主要是借助串勵直流電機啟動特征與并勵直流電機特性梯形波或方波的直流電機，其具備結構簡單、運行質量較好的優勢。探討用詞無刷直流電機的控制具備較高的實踐性價值。

1.無刷直流電機的基礎結構特征

無線直流電機為了更好的實現無機械性接觸狀態下的換相，取消了電刷這一過程，并將電樞繞組、永磁磁鋼分別放在了定子與轉子方面，構建了倒裝式的直流電機結構。為了更好的實現電機轉速與專項的控制，無刷直流電機必須通過轉子位置的傳感器與逆變器實現換相裝置的構建。目前來看，無刷直流電機的定子結構和普通的電極、感應電機基本相似，對于比較常用的三相無刷直流電機而言，電樞繞組可以借助Y或三角形聯結，但是出于系統的成本與性能，一般是以Y聯結為主[1]。無刷直流電機的繞組形式涉及到集中繞組、分布式繞組以及短距分布繞組。基于繞組形式的不同可以將會形成不同的影響電機的反電動勢波形，此時會直接影響電機的整體性能。轉子結構主要形式有三種，分別為表面粘貼式、嵌入式以及環形三種。無刷直流電機的位置傳感器一般是以電磁、光電以及磁敏三種形式。在拓撲結構方面，無刷直流電機可以劃分為半橋、全橋、C-Dump式、四開關式、H橋式五種類型，其中全橋式的應用相對比較常用，在具體導通方式可以劃分為兩兩、三三導通方式，不同方式都具備一定的應用實踐性價值。

2.無刷直流電機的控制

基于無刷直流電機的位置傳感器使用需求，簡化了無刷直流電機的控制復雜性，但是因為提升了電機系統的體積以及轉動慣性、系統引線，導致整體系統可靠性下降。對此，也一定程度的約束了無刷直流電機的使用空間以及場景。對此，為了進一步提高無刷直流電機的使用價值，需要做好相應的控制，下面簡單分析幾點有效的控制策略。

2.1反電動勢方法

在不同的位置傳感器控制方法方面，反電動勢屬于當前技術最為成熟且應用范圍比較廣泛的一種檢測方式，該方式可以實現對無刷直流電機中反電動勢過零點信號的延遲溫蒂，并基于離散的轉子位置信號，基于邏輯開關電路提供準確的換相信息，從而實現無刷直流電機的無位置傳感器控制效果。反電動勢方式的重點在于準確的檢測反電動勢的過零點，并在具體應用中需要注重端電壓檢測的方式，引入相應的相移補償措施，解決因為濾波等問題而導致的端電壓延遲問題。反電動勢的積分方式當中的門限值設置問題、積分法與反電動勢三次諧波法當中積分累積誤差等都是非常重要的考慮重點。

2.2磁鏈法

與反電動勢方式相比，磁鏈法主要是借助直接估算磁鏈的方式獲得轉子的位置信息，通過測量電壓與電流的方式獲得電機磁鏈，如果轉子在初始位置、電機參數以及磁鏈和轉子關系已經明確的情況下，可以通過估算的方式獲得電機的磁鏈并判斷轉子的具體位置[2]。應用磁鏈法方式首先需要明確轉子啟動的具體位置，在獲得積分之后對所需要的磁鏈進行初始化的信息計算。因為磁鏈法的計算量相對比較多，所以在低速時看會出現誤差，同時整個計算容易遭受電機參數的影響。

2.3電感法

電感法的基礎原理在于在繞組當中施加一個方波電壓脈沖，并借助這一脈沖過程對電流幅值進行計算，借助對比電流幅值的方式實現電感差異的判斷，之后按照電感和轉子的位置關系實現轉子位置的判斷。電感法對于電機靜止期間轉子初始位置的檢測效果比較突出，但是因為無刷直流電機的轉子位置在不同時表現出來的電感差異并不大，所以這一種方式對于電流檢測的儀器設備精度要求相對較高。

2.4人工智能法

人工智能算法具備比較強的自主學習以及自適應能力，在無刷直流電機的無位置傳感器檢測控制方面具備比較突出的應用價值[3]。按照人工智能計算方式可以實現對轉子的位置檢測，其基礎思路在于借助模糊策略、遺傳算法、人工免疫自適應、人工神經網絡等理論方式構建電機的電流、電壓以及轉子位置關系的邏輯分析房還是，并通過電機電壓、電流信號的分析方式實現對轉子位置的判斷，或者是直接從繞組的換相信號當中實現對位置的判斷。人工智能計算方式無法準確的構建數學模式，所以只能夠應用在非線性的系統當中，對于實際的被控制對象具備比較突出的泛化功能。與此同時，人工智能計算方式對于參數的改變以及量測噪音具備比較突出的魯棒性，其可以有效解決以往無法實現的現代化控制問題，并提升整個系統的運行控制質量與效果，對于高性能的單片機以及DSP等應用具備比較突出的支持作用。

2.5 起動控制方法

當前關于無刷直流電機的無位置傳感器控制方式主要是應用反電動勢方式為主，但是對于電機靜止以及轉速比較低的情況下，反電動勢的控制效果并不理想，不容易被檢測。對此，此時對于電機的自起動控制的難度也相對較高。基于這一問題，國外有許多的起動方式研究，例如三段式的起動、預定位起動、升頻升壓同步起動、高頻信號注入以及電壓差值起動等多種方式。

3.結語

綜上所述，本文簡要分析了關于無刷直流電機的幾點控制關鍵技術。隨著今后技術方面的不斷發展，必然需要不斷的創新與優化無刷直流電機的控制措施，基于一體化設計、低成本節能開發等措施，不斷的優化電機的結構體系、擴速能力以及轉矩波動抑制等效果，從而為無刷直流電機的發展創新提供支持。

參考文獻

[1] 紀永生.無刷直流電機直接轉矩控制的優化措施[J].中國高新科技，2018，21（9）：78-80.

[2] 楊建飛，曹偉，李德才，等.兩相導通無刷直流電機直接轉矩控制零電壓矢量特性分析[J].電工技術學報，2019，31（23）：34-35.

[3] 仇志堅，馬東旭，魏康妮.無軸承無刷直流電機懸浮控制特性優化分析[J].電工技術學報，2019，14（23）：244-245.

作者簡介：諶志偉，（1980.11--）男，漢族，湖南安化人，碩士，研究方向：機械自動化、電子技術。