电子发烧友网 > MEMS/传感技术 > 正文

无刷直流电机的无位置传感器新运行方法

2018年07月18日 16:21 次阅读

南京航空航天大学自动化学院、诺丁汉大学电气与电子工程学院的研究人员,在2018年第13期《电工技术学报》上撰文指出,无刷直流电机(Brushless DC Motor, BLDCM)因具有功率密度高、效率高、控制简单等优点而得到了广泛应用。驱动无刷直流电机的转子位置信号一般由安装在电机定子上的霍尔传感器给出。

无刷直流电机的无位置传感器新运行方法

位置传感器的机械安装限制了BLDCM在较恶劣环境下的应用,增加了系统成本,降低了可靠性。因此无位置传感器技术已成为研究热点[1,2]。此外,BLDCM存在转矩脉动大的问题,大的转矩脉动会影响电机性能,产生振动噪声,损坏电机轴承,减小电机寿命。

针对BLDCM无位置传感器运行,国内外学者进行了很多相关的研究。文献[3]提出了从空闲相端电压中检测出反电动势过零点来得到转子位置信号,该方法原理简单,低速和静止时反电动势难以检测,因此不适用于低速。同时,由于换相点与相反电动势过零点相差30°电角度,在检测到相反电动势过零点后需移相30°电角度换相。

无刷直流电机的无位置传感器新运行方法

文献[4]提出了从零序电压中检测出反电动势过零点来得到转子位置信号,该方法适用于非理想反电动势的BLDCM,可产生不依赖于转速的时移,但滤波器和速率限制器的设计复杂。文献[5,6]提出了用线反电动势过零点来检测转子位置的方法,该方法无需移相30°电角度,同时也扩大了转速适用范围,但低通滤波器引起的相移影响了转子位置解算的精确度。文献[7]采用反电动势积分法,通过将反电动势积分和阈值比较得到转子位置信号,该方法需要根据反电动势信息解析计算阈值,同时在低速时存在积分累积误差问题。

文献[8]采用三次谐波法,将三次谐波反电动势积分得到转子磁链的三次谐波分量,转子磁链的三次谐波分量的过零点与换相点一致,从而得到换相信号。该方法需要电机相反电动势中含有明显的三次谐波。文献[9]采用续流二极管法,对于PWM调制的BDLCM,续流二极管会使得空闲相被钳位到母线或地线上,当检测到空闲相续流二极管流过电流时,则对应着空闲相反电动势过零点的位置。但该方法需要额外的电路以及隔离电源检测续流二极管的状态,增加了系统的复杂性。

文献[10,11]采用磁链观测法,通过相电压、相电流、绕组电阻、电感等参数解算定子磁链向量,从定子磁链中减去电枢反应磁链,得到转子磁链向量,从而检测到转子位置。由于观测中存在积分环节,受到累积误差和积分饱和的影响。文献[12]采用高频脉冲注入法,利用定子电感饱和特性,通过注入电压脉冲,比较电流响应,估测转子位置。该方法需要电机具有凸极性。

此外,学者们对用观测器检测转子位置进行了研究,常用的观测器有卡尔曼滤波器[13]、滑模观测器[14]等。

BLDCM的转矩脉动主要分为齿槽转矩脉动、PWM斩波引起的脉动、换相转矩脉动[15]以及反电动势非梯形波引起的转矩脉动[16]。由于电机制造工艺偏差、永磁体充磁不理想等问题,大部分BLDCM的反电动势不是理想的梯形波,接近于正弦波[17]。为了抑制反电动势非梯形波引起的转矩脉动,文献[18]采用最优电流控制,通过实时检测反电动势,通入与反电动势相抵消的电流;文献[19]采用直接转矩控制,将瞬时转矩作为被控对象。以上两种方法都避免了方波电流控制引起的转矩脉动,但均需转子的实时位置或者反电动势信息,算法复杂。

文献[20]为解决上述问题提出了平均转矩控制相关算法,通过控制每个开关周期内输入系统的能量相等抑制转矩脉动。该方法适用于任意反电动势波形的BLDCM,无需转子实时位置和反电动势信息。

以上分别介绍了BLDCM的两个研究热点,即无位置传感器运行和转矩脉动抑制。但学者们都只是分别对某一方面进行了研究。

本文针对目前大部分BLDCM的反电动势非理想梯形波接近于正弦波的现状,对无位置传感器运行算法进行研究,在平均转矩控制抑制转矩脉动的基础上,分析了当反电动势接近于正弦波时平均转矩控制下的电流波形特性,提出了基于平均转矩控制的无位置传感器运行方法,从母线电流中检测到转子位置信息实现换相。

该方法可以同时实现无位置传感器运行和抑制非理想反电动势引起的转矩脉动。另外,该算法在平均转矩控制的基础上无需增加硬件,仅采用一个电压传感器和电流传感器,节约成本,算法简单,通过仿真和实验验证了算法的可行性。

图11 BLDCM实验平台

技术专区

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

无刷直流电机的结构与特性

近年来,伴随着电子电力技术的发展和新型永磁材料的兴起,无刷直流电机也出现在人们的视野当中,它是现代工...

发表于 2018-07-17 11:12 147次阅读
无刷直流电机的结构与特性

无刷直流电机的特点及应用领域

本文主要介绍无刷直流电机的特点及应用领域,接下来跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-07-11 09:06 47次阅读
无刷直流电机的特点及应用领域

STM32控制无刷直流电机BLDC速度环PID源码

发表于 2018-07-03 08:42 85次阅读
STM32控制无刷直流电机BLDC速度环PID源码

请问直流无刷电机控制的硬件的怎么选取?

发表于 2018-06-26 17:44 493次阅读
请问直流无刷电机控制的硬件的怎么选取?

简单介绍了无刷直流电机

This session will talk about the different types o...

发表于 2018-06-13 13:00 224次阅读
简单介绍了无刷直流电机

演示无刷直流电机的工作过程及驱动器的换流过程

这个视频显示整流三相直流无刷电机包含四个转子磁极和6个定子磁极的正确顺序。三个霍尔效应传感器,包括1...

发表于 2018-06-13 02:53 376次阅读
演示无刷直流电机的工作过程及驱动器的换流过程

了解如何使用TI的无刷直流电机的传感器技术控制电...

了解如何使用TI最新的无刷直流电机的传感器技术,来控制你的电机! InstaSPIN- BLDC是一...

发表于 2018-06-13 01:58 718次阅读
了解如何使用TI的无刷直流电机的传感器技术控制电...

使用 DRV8301- HC - C2- KIT...

电机控制变得容易了!使用 DRV8301- HC - C2- KIT对DRV8301集成电机预驱动速...

发表于 2018-06-13 01:53 255次阅读
使用 DRV8301- HC - C2- KIT...

InstaSPIN- BLDC控制技术,控制电机...

了解如何使用TI最新的无刷直流电机的传感器技术,来控制你的电机! InstaSPIN- BLDC是一...

发表于 2018-06-13 01:50 207次阅读
InstaSPIN- BLDC控制技术,控制电机...

请问有人熟悉MSK4351这款IPM智能功率芯片么?这款芯片的外围电路怎么搭建?有做过的么?

发表于 2018-06-05 20:34 254次阅读
请问有人熟悉MSK4351这款IPM智能功率芯片么?这款芯片的外围电路怎么搭建?有做过的么?

宝马电机的制造工艺

金属板通过激光焊接进行接合。转子组件也采用特殊工艺制备。将磁铁装入转子并铆接后,冷却的转子轴无压烧结...

发表于 2018-06-05 08:49 561次阅读
宝马电机的制造工艺

无刷直流电机基于ADRC的无感FOC速度控制方案

世事往往真假错乱,难以区分。ADRC算法根据自身的控制能力,只执行合理的命令,避免执行错误的命令后,...

发表于 2018-05-15 09:19 1729次阅读
无刷直流电机基于ADRC的无感FOC速度控制方案

Elmos推出的E523.06是一款无刷直流电机...

据外媒报道,Elmos推出的E523.06是一款无刷直流电机的系统芯片,由12V车载电子系统的栅极驱...

发表于 2018-05-11 11:18 359次阅读
Elmos推出的E523.06是一款无刷直流电机...

一文解析无刷直流电机与直流有刷电机的区别

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机,因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电机又...

发表于 2018-05-10 09:29 2181次阅读
一文解析无刷直流电机与直流有刷电机的区别

详细无刷电机驱动程序_五款无刷电机驱动电路

无刷电机目前已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用。本文主要介绍了五款无刷电机驱...

发表于 2018-05-09 15:21 7024次阅读
详细无刷电机驱动程序_五款无刷电机驱动电路

无刷电机为什么不用铁氧体_无刷电机驱动原理及结构...

本文首先介绍了无刷电机的工作原理,其次阐述了无刷直流电机的驱动原理和驱动方法,最后分析了无刷电机不用...

发表于 2018-05-09 14:08 2300次阅读
无刷电机为什么不用铁氧体_无刷电机驱动原理及结构...

AMEYA360设计方案丨无刷直流 (BLDC) 电机

发表于 2018-04-10 16:11 384次阅读
AMEYA360设计方案丨无刷直流 (BLDC) 电机

如何根据测量的对象选择玻璃转子流量计

发表于 2018-03-21 13:59 303次阅读
如何根据测量的对象选择玻璃转子流量计

导致玻璃转子流量计测量误差变大的原因有哪些?

发表于 2018-03-16 13:28 357次阅读
导致玻璃转子流量计测量误差变大的原因有哪些?

金属管转子流量计的安装要求

发表于 2018-03-15 14:01 242次阅读
金属管转子流量计的安装要求

如何选用耐腐型玻璃转子流量计

发表于 2018-03-14 15:00 283次阅读
如何选用耐腐型玻璃转子流量计

玻璃转子流量计工作原理与特点

发表于 2018-03-02 09:34 507次阅读
玻璃转子流量计工作原理与特点

玻璃转子流量计工作原理与特点

发表于 2018-02-27 10:24 462次阅读
玻璃转子流量计工作原理与特点

发电机转子匝间短路原因及修理方法介绍

发电机转子可以分为两种模式,一种是转枢式还有一种是转极式。①转枢式:磁极放在定子上,转子上安装三相对...

发表于 2018-02-06 14:45 757次阅读
发电机转子匝间短路原因及修理方法介绍

IR2110在无刷直流电机驱动电路中的应用

主要介绍了功率驱动芯片IR2110在无刷直流电机驱动电路中的应用,IR2110芯片是一种双通道、栅极...

发表于 2017-12-21 13:37 1487次阅读
IR2110在无刷直流电机驱动电路中的应用

基础无刷栅极驱动器设计 —— 第2部分

进入这一部分之前,让我们回顾一下第1部分:无刷直流电机很酷(可以帮您结交朋友);没有人喜欢谈论实际的...

发表于 2017-12-19 15:09 3759次阅读
基础无刷栅极驱动器设计 —— 第2部分

基础无刷栅极驱动器设计 —— 第1部分

有充分的理由说无刷直流电机绝对是电机驱动器中最酷的一款产品。您可以获得更高的效率、功率和扭矩,更低的...

发表于 2017-12-19 14:56 2687次阅读
基础无刷栅极驱动器设计 —— 第1部分

电枢和转子有什么区别

在电机实现机械能与电能相互转换过程中,起关键和枢纽作用的部件。对于发电机来说,它是产生电动势的部件。...

发表于 2017-12-13 17:14 1876次阅读
电枢和转子有什么区别

基于dSPACE实时仿真的无刷直流电机控制系统

dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系...

发表于 2017-12-13 14:15 1059次阅读
基于dSPACE实时仿真的无刷直流电机控制系统

经典的无刷直流电机控制系统方案

在Matlab/Simulink下,结合Simulink基础模块与S-Function,提出了无刷直...

发表于 2017-12-04 09:34 5237次阅读
经典的无刷直流电机控制系统方案

基于Saber的无刷直流电机控制系统设计与仿真

利用Saber仿真软件完成无刷直流电机控制系统的研究分析。分别对控制系统中的位置传感器、电子换向器、...

发表于 2017-11-30 17:35 304次阅读
基于Saber的无刷直流电机控制系统设计与仿真

EMI管理——TI专家聊集成智能(第一部分)

智能集成电机驱动器和无刷直流(BLDC)电机可以帮助电动汽车和新一代汽车变得更具吸引力、更可行及更可...

发表于 2017-11-30 15:14 2405次阅读
EMI管理——TI专家聊集成智能(第一部分)

无刷直流电机无位置传感器控制方法

电机磁链信号和转子位置直接相关, 因此可以通过转子磁链的值来确定转子位置信号。但电机转子磁链不能直接...

发表于 2017-11-08 14:30 1200次阅读
无刷直流电机无位置传感器控制方法

浅谈无刷直流电机工作原理及现代控制方法

无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢,转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流,则电机只能产生不变的...

发表于 2017-11-08 14:20 3251次阅读
浅谈无刷直流电机工作原理及现代控制方法

无刷直流电机的特点特性、选用选型及其应用

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器(或集...

发表于 2017-06-19 17:20 2585次阅读
无刷直流电机的特点特性、选用选型及其应用

浅析无刷直流电机,无刷直流电机的工作原理及其结构...

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器(或集...

发表于 2017-06-19 16:41 8306次阅读
浅析无刷直流电机,无刷直流电机的工作原理及其结构...

无刷直流电机的控制策略与无刷直流电机仿人智能系统...

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器(或集...

发表于 2017-06-19 15:30 1874次阅读
无刷直流电机的控制策略与无刷直流电机仿人智能系统...

无刷直流电机常用控制方式比较

目前,主流的无刷直流电机的控制方式有3种:FOC(又称为矢量变频、磁场矢量定向控制)、方波控制(也称...

发表于 2017-03-10 10:36 1829次阅读
无刷直流电机常用控制方式比较

小型DC电机磁场定向控制让无人机进入更高远的飞行...

无刷直流 (BLDC) 电机寿命长、采用直流电源且相对经济实惠,因此广泛应用于硬盘驱动器、冷却风扇和...

发表于 2017-02-10 11:43 580次阅读
小型DC电机磁场定向控制让无人机进入更高远的飞行...

提高无刷直流电机控制性能从传感器入手三步走

许多终端市场和应用中的一个明显趋势是用高效率的无刷直流电机(BLDC)替换交流电机或机械泵。要实现电...

发表于 2017-02-09 17:16 583次阅读
提高无刷直流电机控制性能从传感器入手三步走

四轴飞行器无刷直流电机驱动控制设计的实现

无刷主流电机的驱动控制方式主要分为有位置传感器和无位置传感器的控制方式两种。由于在四轴飞行器中的要求...

发表于 2015-01-12 13:54 5983次阅读
四轴飞行器无刷直流电机驱动控制设计的实现

无刷直流电机高精度采样保护电路设计

本文设计了一种高精度采样及保护电路,该电路可以对无刷直流电机工作时的三相电流进行实时采集,以便于控制...

发表于 2014-12-24 13:40 1547次阅读
无刷直流电机高精度采样保护电路设计

简化三相无刷直流电机控制和驱动系统的策略

高度集成的半导体产品不仅是消费类产品的潮流,同时也逐步渗透至电机控制应用。与此同时,无刷直流(BLD...

发表于 2014-11-11 10:49 1948次阅读
简化三相无刷直流电机控制和驱动系统的策略

德州仪器无刷直流电机控制方案

无刷直流电机 (BLDC) 系统的方框图 (SBD),它具有微处理器、闸极驱动器、隔离器件、工业接口...

发表于 2014-05-12 15:22 952次阅读
德州仪器无刷直流电机控制方案

针对白家电应用的无刷直流电机驱动及控制方案

电冰箱、空调和洗衣机这三类家电用到多个电机驱动器,而且这些驱动器的适合的电压及电流范围各不相同,本文...

发表于 2014-05-06 10:55 2013次阅读
针对白家电应用的无刷直流电机驱动及控制方案

飞兆FCM8531电机控制器助力设计人员缩短上市...

飞兆半导体公司开发了 FCM8531 模拟及数字集成式电机控制器。 FCM8531 是一款定制的可配...

发表于 2013-03-13 10:01 1629次阅读
飞兆FCM8531电机控制器助力设计人员缩短上市...

无刷直流电机的保护电路方案

本文给出几种电机的保护方案,它不仅响应速度快,控制可靠,而且大大地降低了保护装置的生产成本。该保护电...

发表于 2012-03-28 14:45 10819次阅读
无刷直流电机的保护电路方案

一种永磁无刷直流电机的微控制器C504

由于目前国内对INTEL MCS-51系列单片机的应用有了广泛基础,我们选用了完全采用8031核,最...

发表于 2011-09-06 11:13 886次阅读
一种永磁无刷直流电机的微控制器C504

无刷直流电机驱动系统结构图

发表于 2010-08-28 10:43 2777次阅读
无刷直流电机驱动系统结构图

无刷直流电机控制及相序测定

1 引言   无刷直流电机采 用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置,又具有与直流电机类似的...

发表于 2010-08-28 10:42 1754次阅读
无刷直流电机控制及相序测定

无刷直流电机控制器UCC3626的原理及应用简介

无刷直流电机控制器UCC3626的原理及应用简介 摘要:介绍了无刷直流电机控制器专用集成芯片UCC...

发表于 2010-04-24 10:18 1416次阅读
无刷直流电机控制器UCC3626的原理及应用简介

时间原则控制转子电路串电阻起动控制线路(电路)

时间原则控制转子电路串电阻起动控制线路(电路)

发表于 2008-12-06 21:07 470次阅读
时间原则控制转子电路串电阻起动控制线路(电路)