永磁无刷直流电机的控制研究

摘  要：无刷直流电机属于一种使用寿命长、运行效率较高、噪音低以及机械性能相对较好的一种设备，在汽车、军事以及航空等不同领域均有着较高的应用价值。本文基于无刷直流电机的工作特征与结构特征，简要分析无刷直流电机及其控制，希望可以为相关工作者提供帮助。

关键词：永磁;无刷直流电机;控制研究

0.引言

随着科学技术研究进度的不断深入，永磁电机的研究也在不断的深入。无刷直流电机已经成为我国非常重要的技术设备，其对于整个工业生产、节能电机系统建设等均有着比较突出的贡献作用。无刷直流电机主要是借助串励直流电机启动特征与并励直流电机特性梯形波或方波的直流电机，其具備结构简单、运行质量较好的优势。探讨用词无刷直流电机的控制具备较高的实践性价值。

1.无刷直流电机的基础结构特征

无线直流电机为了更好的实现无机械性接触状态下的换相，取消了电刷这一过程，并将电枢绕组、永磁磁钢分别放在了定子与转子方面，构建了倒装式的直流电机结构。为了更好的实现电机转速与专项的控制，无刷直流电机必须通过转子位置的传感器与逆变器实现换相装置的构建。目前来看，无刷直流电机的定子结构和普通的电极、感应电机基本相似，对于比较常用的三相无刷直流电机而言，电枢绕组可以借助Y或三角形联结，但是出于系统的成本与性能，一般是以Y联结为主[1]。无刷直流电机的绕组形式涉及到集中绕组、分布式绕组以及短距分布绕组。基于绕组形式的不同可以将会形成不同的影响电机的反电动势波形，此时会直接影响电机的整体性能。转子结构主要形式有三种，分别为表面粘贴式、嵌入式以及环形三种。无刷直流电机的位置传感器一般是以电磁、光电以及磁敏三种形式。在拓扑结构方面，无刷直流电机可以划分为半桥、全桥、C-Dump式、四开关式、H桥式五种类型，其中全桥式的应用相对比较常用，在具体导通方式可以划分为两两、三三导通方式，不同方式都具备一定的应用实践性价值。

2.无刷直流电机的控制

基于无刷直流电机的位置传感器使用需求，简化了无刷直流电机的控制复杂性，但是因为提升了电机系统的体积以及转动惯性、系统引线，导致整体系统可靠性下降。对此，也一定程度的约束了无刷直流电机的使用空间以及场景。对此，为了进一步提高无刷直流电机的使用价值，需要做好相应的控制，下面简单分析几点有效的控制策略。

2.1反电动势方法

在不同的位置传感器控制方法方面，反电动势属于当前技术最为成熟且应用范围比较广泛的一种检测方式，该方式可以实现对无刷直流电机中反电动势过零点信号的延迟温蒂，并基于离散的转子位置信号，基于逻辑开关电路提供准确的换相信息，从而实现无刷直流电机的无位置传感器控制效果。反电动势方式的重点在于准确的检测反电动势的过零点，并在具体应用中需要注重端电压检测的方式，引入相应的相移补偿措施，解决因为滤波等问题而导致的端电压延迟问题。反电动势的积分方式当中的门限值设置问题、积分法与反电动势三次谐波法当中积分累积误差等都是非常重要的考虑重点。

2.2磁链法

与反电动势方式相比，磁链法主要是借助直接估算磁链的方式获得转子的位置信息，通过测量电压与电流的方式获得电机磁链，如果转子在初始位置、电机参数以及磁链和转子关系已经明确的情况下，可以通过估算的方式获得电机的磁链并判断转子的具体位置[2]。应用磁链法方式首先需要明确转子启动的具体位置，在获得积分之后对所需要的磁链进行初始化的信息计算。因为磁链法的计算量相对比较多，所以在低速时看会出现误差，同时整个计算容易遭受电机参数的影响。

2.3电感法

电感法的基础原理在于在绕组当中施加一个方波电压脉冲，并借助这一脉冲过程对电流幅值进行计算，借助对比电流幅值的方式实现电感差异的判断，之后按照电感和转子的位置关系实现转子位置的判断。电感法对于电机静止期间转子初始位置的检测效果比较突出，但是因为无刷直流电机的转子位置在不同时表现出来的电感差异并不大，所以这一种方式对于电流检测的仪器设备精度要求相对较高。

2.4人工智能法

人工智能算法具备比较强的自主学习以及自适应能力，在无刷直流电机的无位置传感器检测控制方面具备比较突出的应用价值[3]。按照人工智能计算方式可以实现对转子的位置检测，其基础思路在于借助模糊策略、遗传算法、人工免疫自适应、人工神经网络等理论方式构建电机的电流、电压以及转子位置关系的逻辑分析房还是，并通过电机电压、电流信号的分析方式实现对转子位置的判断，或者是直接从绕组的换相信号当中实现对位置的判断。人工智能计算方式无法准确的构建数学模式，所以只能够应用在非线性的系统当中，对于实际的被控制对象具备比较突出的泛化功能。与此同时，人工智能计算方式对于参数的改变以及量测噪音具备比较突出的鲁棒性，其可以有效解决以往无法实现的现代化控制问题，并提升整个系统的运行控制质量与效果，对于高性能的单片机以及DSP等应用具备比较突出的支持作用。

2.5 起动控制方法

当前关于无刷直流电机的无位置传感器控制方式主要是应用反电动势方式为主，但是对于电机静止以及转速比较低的情况下，反电动势的控制效果并不理想，不容易被检测。对此，此时对于电机的自起动控制的难度也相对较高。基于这一问题，国外有许多的起动方式研究，例如三段式的起动、预定位起动、升频升压同步起动、高频信号注入以及电压差值起动等多种方式。

3.结语

综上所述，本文简要分析了关于无刷直流电机的几点控制关键技术。随着今后技术方面的不断发展，必然需要不断的创新与优化无刷直流电机的控制措施，基于一体化设计、低成本节能开发等措施，不断的优化电机的结构体系、扩速能力以及转矩波动抑制等效果，从而为无刷直流电机的发展创新提供支持。

参考文献

[1] 纪永生.无刷直流电机直接转矩控制的优化措施[J].中国高新科技，2018，21（9）：78-80.

[2] 杨建飞，曹伟，李德才，等.两相导通无刷直流电机直接转矩控制零电压矢量特性分析[J].电工技术学报，2019，31（23）：34-35.

[3] 仇志坚，马东旭，魏康妮.无轴承无刷直流电机悬浮控制特性优化分析[J].电工技术学报，2019，14（23）：244-245.

作者简介：谌志伟，（1980.11--）男，汉族，湖南安化人，硕士，研究方向：机械自动化、电子技术。