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無刷直流電動機抑制低速轉矩脈動的滯環電流SVPWM控制

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:265

摘要:研究采用轉子磁場定向的矢量控制方法使無刷直流電動機定、轉子磁勢矢量始終保持正交,結合滯環調制電流控制和空間電壓矢量調制,設計了無刷直流電動機滯環電流SVPWM控制方案。運行結果表明,此方案能有效地抑制無刷直流電動機低速時的轉矩脈動,更好地改善系統的動態性能。

0  引  言

   無刷直流電動機既有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等優點,又有直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等特性,故在高性能的伺服驅動和機器人等領域越來越多地得到應用。然而,在這些要求低速平滑運行的場合,BLD—CM的轉矩脈動直接影響系統的動態性能,因而轉矩脈動的抑制備受關注。傳統矢量的120。導通型PWM控制方式電流控制能力較弱,而且關斷頻率恒定,導致低速轉矩脈動相當嚴重。本文提出滯環電流SVPWM控制以及空間電壓矢量調制方法,能克服傳統矢量控制方式的不足,改善動態性能,有效抑制低速轉矩脈動。

1  BLDCM滯環電流SVPWM控制

 圖1  BLDCM滯環電流SVPWM控制系統結構原理圖

   空間矢量調制(Space Vector Modulation—SVM)的機理就是根據期望輸出電壓矢量Vo所在扇區去選擇8個基本電壓空間矢量中的某些矢量,并使其按一定的次序作用于電機系統,從而使輸出矢量與期望的電壓矢量相匹配。

   BLDCM滯環電流SVPWM控制系統結構原理圖如圖1所示,如圖,矢量線電流由所采用的電壓空間矢量所決定。在某一瞬間,若電壓空間矢量被正確地使用,則輸入給滯環比較器的線電流誤差會維持在滯環帶寬的一半以內,反之,線電流誤差就會位于滯環帶寬的一半以外。因此,可以利用滯環比較器的輸出信號來確定期望輸出電壓矢量V0所處區域。

   如圖所示,用滯環帶寬大一點的3個滯環比較器(稱為外環)輸出來確定期望輸出電壓矢量所處區域,用滯環帶寬小一點的3個滯環比較器(稱為內環)來跟蹤參考電流,也就是通過內環3個滯環比較器把誤差電流限制在內環滯環界限內。圖中“區域判別”環節根據外環輸出信號A1、B1、C1來確定期望輸出電壓矢量V0所處區域。期望區域和外環信號A1、B1、C1之間的分布關系如圖2所示?!笆噶颗袆e”環節根據內環輸出信號A2、B2、C2,再結合區域判別輸出確定電壓空間矢量的選擇并生成動作次序。例如:在區域Ⅱ中,空間矢量Vo、V1、V2和V3用來跟蹤參考電流。A1=1,B1=1,C1=0,表示a、b軸電壓應當增大,c軸電壓應當減小。根據此原則生成的滯環電流SVP—WM控制器各區域的轉換如表1所示。對圖2和表l的進一步解釋如下。

   (1)每個區域由兩個扇區組成,V精確位于哪一個扇區由參考電流的正負相序決定。當參考電流正序時(a—b—c),則期望電壓矢量V0位于前向扇區(如區域I中的扇區工),當參考電流負序時(a—c—b),則期望電壓矢量V位于另一個扇區(如區域I中的扇區Ⅵ)。

   (2)當A2=1,B2=0時,表明應當用V1來增大a軸電流ia;當A2=0,B2=1時,表明應當用Vs增大b軸電流ib;當A2=1,B2=1時,表明應當用V2同時增大ia和ib;當A2=O,B2=O時,表明應當運用V。同時減小ia和ib。

   (3)如表1所示,在其他情況下零電壓矢量也會被使用。例如:在區域Ⅱ,由于非零電壓矢量為V1(100),V2(110),V3(010),所以選用零電壓矢量V(000)來進一步減小轉換次數,而不是用零矢量V7(11 1)。

    圖2 V0與信號A1、B1、C1分布關系圖(V7和V為零矢量)

   其中:區域工(A1=1,B1=0,C1=0,區域Ⅱ(A1=1,B1=1,C1=0),

         區域Ⅲ(A1=0,B1=1,C1=O,區域Ⅳ (A1=0,B1=1,C1=1),

         區域V(A1=0,B1=O,C1=1,區域Ⅵ(A1=1,B1=0,Cl=1)。

 2仿真及運行結果

本文對l臺Y接法、4極0.75kW、2000r/min的BLDCM進行仿真實驗?;赥I公司TMS320LF2407A DSP建立雙閉環系統。設外環帶寬為0.8A,內環帶寬為0.4A。經仿真得如圖3所示滯環電流SVPWM控制形成的電磁轉矩波形,經實驗又得如圖4所示轉速為1800r/min時A相給定電流in及其輸出電流ia的波形。

 圖 3滯環電流SVPWM控制時電磁轉矩波形圖

由圖3可見,滯環電流SVPWM控制方式使BLDCM的轉矩及脈動得到了很好的抑制。同時由圖4可見,定子電流的基波基本為正弦波,說明滯環電流SVPWM控制使定子電流較好地跟蹤了給定相電流信號。綜上所述,采用滯環電流SVP—WM控制能獲得抑制轉矩脈動很好的控制效果。

  圖4 給定電流in及輸出電流ia的波形圖

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