【《无刷直流电机的无位置传感器控制技术综述》2500字】

无刷直流电机的无位置传感器控制技术综述目前，无刷直流电动机中主要采用霍尔传感器作为电机的位置传感器，但霍尔传感器依靠霍尔效应工作，海底的高压和密闭环境会影响到霍尔传感器的正常工作。而且位置传感器可能使电机系统的体积增大，节流阀要求BLDCM系统的整体体积不宜过大，在海底的恶劣环境下运行灵敏度会变差，系统运行稳定性降低。因此，无位置传感器控制技术的研究和进步显得更加重要，同时，随着各种电力电子器件和微处理器的发展，无位置传感器技术也能随之得到发展ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张前</Author><Year>2016</Year><RecNum>45</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[19]</style></DisplayText><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620883415">45</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>张前</author><author>冯明</author></authors></contributors><auth-address>北京科技大学机械工程学院;</auth-address><titles><title>超高速永磁无刷电机无位置传感器半闭环启动法%J电机与控制学报</title></titles><pages>46-54</pages><volume>20</volume><number>10</number><keywords><keyword>永磁无刷电机</keyword><keyword>反电动势</keyword><keyword>无位置传感器</keyword><keyword>启动</keyword><keyword>超高速电机</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><isbn>1007-449X</isbn><call-num>23-1408/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[19]。反电势法反电势法在经过很长一段时间的研究和深入后技术已经逐渐变得成熟ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李航</Author><Year>2017</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[20]</style></DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620822162">32</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李航</author><author>付朝阳</author></authors></contributors><auth-address>西北工业大学;</auth-address><titles><title>基于滞环切换的永磁无刷直流电机无位置传感器控制%J微电机</title></titles><pages>38-42</pages><volume>50</volume><number>09</number><keywords><keyword>无刷直流电机</keyword><keyword>端电压法</keyword><keyword>滞环切换</keyword><keyword>无位置传感器</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>1001-6848</isbn><call-num>61-1126/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[20]。该方法就是检测反电动势过零点的信号，然后将信号延迟30°的电角度，得到换相信号，为逻辑开关电路提供换相信息，进而实现无刷直流电机导通相的控制ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吴高杰</Author><Year>2016</Year><RecNum>46</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[21]</style></DisplayText><record><rec-number>46</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620883802">46</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吴高杰</author></authors></contributors><auth-address>装甲兵工程学院;</auth-address><titles><title>永磁无刷直流电机控制技术研究及应用%J科技传播</title></titles><pages>205-206</pages><volume>8</volume><number>10</number><keywords><keyword>无刷直流电机</keyword><keyword>反电动势法转矩脉动控制</keyword><keyword>智能控制</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><isbn>1674-6708</isbn><call-num>11-5820/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[21]。无刷直流电动机反电势过零点和换相点的在反电势波形图中相位关系如图4-1所示。图中Q1~Q6为一周期内的六个换相点，分别滞后反电势过零点30个电角度。图4-SEQ图4-\*ARABIC1反电势过零点和换相时刻关系端电压检测法端电压检测法主要是通过将反电势过零点信息转换成控制逆变器的驱动信号，从而实现无刷直流电机的换相。（4-1）（4-2）（4-3）式中：uAG、uBG、uCG是端电压；UN是中性点电压；L-M是绕组等效电感。以AB相导通、C相不导通为例，电机绕组A相、B相和C相反电势和电流的关系为：（4-4）（4-5）将AB端相电压相加，得:（4-6）由此可以得到中性点电压：（4-7）C相悬空无导通电流，则可得：（4-8）同理可以推导出：（4-9）（4-10）端电压检测法中需加入电容进行稳压滤波，导致端电压产生相移，需要进行适当的相位补偿ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张鹏</Author><Year>2017</Year><RecNum>47</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[22]</style></DisplayText><record><rec-number>47</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620883877">47</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>张鹏</author></authors><tertiary-authors><author>陈治国,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>无位置传感器无刷直流电机直接转矩控制</title></titles><keywords><keyword>无刷直流电机</keyword><keyword>无位置传感器</keyword><keyword>直接转矩控制</keyword><keyword>占空比控制</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><publisher>中国矿业大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[22]。图4-SEQ图4-\*ARABIC2反电势检测电路电机端电压需要通过滤波器处理噪声以及高次谐波，同时用对称Y型电阻网络构造“虚拟中性点“N”ADDINEN.CITE<EndNote><CiteExcludeYear="1"><Author>库庆</Author><RecNum>51</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[23]</style></DisplayText><record><rec-number>51</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620960887">51</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>库庆</author></authors></contributors><titles><title>基于MKV10的无刷直流电机的无传感器控制研究</title></titles><dates></dates><publisher>武汉科技大学</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23]，将中性点电压和端电压同时输出至比较器，用以比较端电压和UN大小检测过零点信号，如果端电压大于等于中性点电压则输出为1，如果端电压小于等于中性点电压时则输出为0，通过1/0信号组合的方式得到类似于位置传感器输出的位置信号。如图4-3所示的是反电势过零点检测的控制电路。图4-SEQ图4-\*ARABIC3反电势过零点检测电路还可以通过直接检测线电压差的方式得到电动机转子的位置信息。根据无刷直流电机的结构和工作原理，得到了如下的电压方程：（4-11）式（4-11）中相互消减了三相线电压差方程：（4-12）以0~60°换相为例，AB相导通时，C相断开。Ia=-ib，ic=0，ea=-eb。代入式（4-12），三相线电压差的方程转换成：（4-13）从式（4-13）可以看出，当C相截止时，不包括该相开关管压降，线电压差Ubcca是C相反电动势的负的两倍。同样，当BC相导通，C相截止，Ucaab是A相反电动势的负的两倍。当AC相导通，B相截止，Uabbc是B相反电动势的负的两倍。因此通过检测线电压差Ubcca、Ucaab、Uabbc的过零点可以在较低转速下简单准确地检测出来。线反电势法相反电势中，绕组换相时刻由相反电势过零点延迟30个电角度得到ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘衍富</Author><Year>2012</Year><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[24]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620884461">48</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>刘衍富</author><author>王毓顺%J青岛大学学报</author></authors></contributors><titles><title>无位置传感器BLDCM控制系统的设计</title></titles><pages>36-41</pages><volume>27</volume><number>004</number><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[24]。如图4-7所示线反电势法相对相反电势而言，省去了延迟30°电角度的延迟电路。当线反电势过零点的时刻就是BLDCM换相的时刻，我们只需要检测此刻线反电势提供的电信号，将电信号按照一定的规律转换成转子位置信号，最后变成逆变器的驱动信号。线反电势比相反电势更易于在低速下检测，适应的转速范围更广ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王清源</Author><Year>2015</Year><RecNum>49</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[25]</style></DisplayText><record><rec-number>49</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1620884726">49</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王清源</author></authors></contributors><titles><title>无位置传感器无刷直流电机基于反电动势法转子位置的估计</title></titles><dates><year>2015</year></dates><publisher>湖南大学</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25]。图4-SEQ图4-\*ARABIC7相反电势、线反电势与换相时刻关系由此我们可以列表得到线反电动势的电信号和霍尔位置传感器产生的位置信号之间的逻辑关系：表4-SEQ表4-\*ARABIC1线反电动势和霍尔信号之间的关系线反电动势符号霍尔信号导通相导通功率管ecaeabebcH1H2H3-+-101A+B-T1T4-++100A+C-T1T6--+110B+C-T3T6+-+010B+A-T3T2+--011C+A-T5T2++-001C+B-T5T4由上表的总结结果我们可以得到每个导通功率管和霍尔信号之间的关系如下所示：（4-24）由此我们可以得到换相的数字逻辑图，如图4-8所示：图4-SEQ图4-\*ARABIC8换相逻辑图反电动势只和线电压差相关，线电压差值是反电动势的两倍，这样就可以得到B相不导通时反电动势的过零点，然后再进行换相。相较与端电压转子位置检测法来说，有更高的灵敏度，可以在电机低速运转时检测到反电动势而且还省去了延迟30个电角度的硬件电路。基于线反电势和反电势过零检测实现PWM-ON-PWM调制方式30度调制方式是一个热点ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>韦鲲</Author><Year>2005</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[26]</style></DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1619659584">29</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>韦鲲</author><author>任军军</author><author>张仲超%J电气传动</author></authors></contributors><titles><title>应用于无刷直流电机的新PWM调制方式</title></titles><pages>37-40</pages><volume>35</volume><number>002</number><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[26]。PWM-ON-PWM调制方式能够有效地抑制非导通相二极管续流，从而有效地抑制了转矩脉动ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>林楠</Author><Year>2019</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[27]</style></DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rsrwxtr2gtfdeke20fmprsaydfxp2ztzazsx"timestamp="1614942365">16</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>林楠</author><author>邱建琪</author><author>史涔溦</author></authors></contributors><auth-address>浙江大学电气工程学院;</auth-address><titles><title>PWM＿ON＿PWM调制方式的无刷直流电机转子位置检测方法%J电机与控制学报</title></titles><pages>1-8</pages><volume>23</volume><number>03</number><keywords><keyword>无刷直流电机</keyword><keyword>无位置传感器</keyword><keyword>PWM＿ON＿PWM调制</keyword><keyword>反电动势</keyword><keyword>转子位置检测</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1007-449X</isbn><call-num>23-1408/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[27]，提高了电机的效率。这种调制方式的开关损耗也较小，一定程度上增大了它的应用范围。传统的反电势法就是通过检测反电势的过零信号并使其延迟30个电角度从而可以得到6个离散的转子位置信号，而30度调制方式则要求能够得到12个离散的转子位置信号，传统的反电势法难以实现。线反电势过零对无刷直流电机换相时刻不存在延迟角度的计算，且线反电势的过零点恰好与反电势的过零点相差30个电角度。当我们结合线反电势和反电势的过零点后，在一个周期内我们能够得到12个离散的转子位置信号，根据这12个