无刷直流电机反电动势估计方法VIP免费

2013年6月电工技术学报Vol.28No.6第28卷第6期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJun.2013无刷直流电机反电动势估计方法刘栋良1,2崔言飞1陈镁斌1（1.杭州电子科技大学自动化学院杭州3100182.卧龙电气集团有限公司上虞312300）摘要永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势，在工业上得到了广泛应用。然而，无刷直流电机传统用的反电动势检测方法估计电机位置，其硬件电路比较复杂，实时性比较差，限制了无刷直流电机的应用。本文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波方法的无刷直流电机反电动势检测改良方法，通过在无刷直流电机数学模型基础上的推导，将定子电流和反电动势电压作为状态变量，建立了扩展卡尔曼滤波器的模型。该方法不需要任何额外检测电路，具有实现稳态和瞬态准确换向，能对电机转速进行精确控制。实验结果表明该方法有效、可行。关键词：直流无刷电机扩展卡尔曼滤波反电动势估计过零检测中图分类号：TM351ResearchofBack-EMFEstimationforBrushlessDCMotorLiuDongliang1,2CuiYanfei1ChenMeibin1（1.HangzhouDianziUniversityHangzhou310018China2.WolongElectricCO.,Ltd.Shangyu312300China）AbstractPermanentmagnetbrushlessDCmotor(BLDC)hasbeenwidelyappliedinindustrybecauseithashighpowerdensity,hightorque/currentratioandsimplecontroladvantages.However,back-EMFmethodofBLDCoftraditionalestimationforthemotorposition,itshardwarecircuitisrelativelycomplex,real-timeperformanceispoor,whichlimitstheapplicationofBLDC.ThispaperpresentsanewmethodofBLDCback-EMFdetectionmethodbasedontheextendedKalmanfilter,throughthederivationintheBLDCbasedonthemathematicalmodel,thestatorcurrentandback-EMFvoltageasthestatevariable,establishtheextendedKalmanfiltermodel.Thisalgorithmdoesnotneedanyadditionaldetectioncircuit,itcanrealizesteadystateandtransientaccuratecommutationandtheprecisecontrolofmotorspeed.Theexperimentresultsshowthattheproposedalgorithmiseffectiveandfeasible.Keywords：BrushlessDCmotor(BLDC),extendedKalmanfilter,back-EMFestimation,zero-crossingdetection1引言无刷直流电机具有结构简单、控制方便、可靠性高、功率密度大、效率高等优点，在工业领域得到广泛应用。近年来，无刷直流电机的无位置传感器控制一直是国内外的研究热点，较为常见的转子位置信号检测方法有[1-7]：①反电动势法，它是目前技术相对成熟，实现比较简单，但缺点是静止或低速时反电动势信号很小，难以得到有效的转子位置，系统低速性能比较差；②定子电感法，它利用电机绕组电感和转子位置的一定对应关系，通过重构的中性点电位代表位置信息，因此低速性能有所提高，但这种方法需要对绕组电感进行实时检测，增加了实现的难度。另外，如续流二极管法、磁链估计法和状态观测器法等，不同程度上改善了低速性能，但增加了控制难度，系统的动静态特性都不够理想，国家自然科学基金（51277048）和浙江省自然科学基金重点（LZ13E070002）资助项目。收稿日期2012-09-08改稿日期2012-12-10第28卷第6期刘栋良等无刷直流电机反电动势估计方法53其限制了直流无刷电机的应用。文献[8]在低速和高速时，分别在PWM关断和开通阶段检测反电动势，采用2个不同的参考电压获得反电动势过零点，它不需位置传感器和电流传感器，但增加了硬件电路的复杂性。文献[9]通过比较悬空相绕组端电压和逆变器直流环中点电压的关系，获得反电动势过零点，该方法无需重构电机中性点，不使用滤波电路，但仍需采用硬件电路比较得到过零点。文献[10]提出了一种基于绕组电感与转子位置的关系，解决无刷直流电机中低速无传感器运行的问题，但该方法具有很大的滞后性，实时性较差。因此本文提出了一种基于卡尔曼滤波方法的无刷直流电机的反电动势检测改良新方法，该方法将相电流和反电动势作为状态变量，在无刷直流电机数学模型的基础上进行推导，得到卡尔曼滤波模型。该算法不需要任何额外的检测电路，具有实现稳态和瞬态准确换向，能对电机转...