无刷直流伺服电机四象限运行分析VIP专享VIP免费

�第43卷第12期�2009年12月上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVol.43No.12�Dec.2009�收稿日期:2009�03�25基金项目:上海市自然科学基金资助项目(08zr1408600),上海市教委重点学科资助项目(J51901)作者简介:刘�军(1965�),男,宁夏银川人,博士生,副教授,研究方向:电机智能控制.俞金寿(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021�64253399;E�mail:jshyu@vip.sina.com.��文章编号:1006�2467(2009)12�1910�06无刷直流伺服电机四象限运行分析刘�军1,2,�李金飞3,�俞金寿1(1.华东理工大学信息科学与工程学院,上海200237;2.上海电机学院电气学院,上海200240;3.南京航空航天大学航空电源重点实验室,江苏南京210016)摘�要:针对燃料电池供电的无刷直流伺服电机,研究了一种用来释放多余回馈能量的电压泵升电路,分析了无刷直流电动机的数学模型与机械特性,以及伺服电机实现四象限运行的控制策略.其中,电动采用三相六状态控制方法,制动采用控制性能较好的低速能量回馈制动控制方法,分析了电动和制动下PWM调制的主电路工作模态,并经仿真和实验结果验证了其正确性和可行性.关键词:无刷直流电机;四象限运行;电压泵升电路中图分类号:TP273���文献标志码:AAnalysison4�QuadrantOperationofBrushlessDCServoSystemLIUJun1,2,�LIJin�fei3,�YUJin�shou1(1.SchoolofInformationScience&Engineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China;2.SchoolofElectricalEngineering,ShanghaiDianJiUniversity,Shanghai200240,China;3.Aero�PowerSci�techCenter,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing210016,China)Abstract:ForfuelcellisusedastheDCinputpowerofinverter,avoltagepumpingcircuitforreleasingni�mietyregenerativeenergyisneeded,andanovelpumpingcircuitwasproposed.Theresearchon4�quad�rantoperationofbrushlessDCservomotorwasgiven.Themathematicalmodelandmechanicalcharacter�isticsarefirstanalyzed.Then,thethree�phase�six�statecontrolstrategyisusedinelectrooperation,andregenerativebrakingwithhighcontrolperformanceisusedinbrakingatlowspeed,andworkingmodesofmaincircuitsareanalyzed,withdetailedPWMmodulationofelectromotionandregenerativebraking.Fi�nally,thesimulationandtheexperimentalresultsweregiven,whichtestifytheaboveanalysisandconclu�sions.Keywords:brushlessDCmotor;4�quadrantoperation;voltagepumpingcircuit��永磁无刷直流电动机(PermanentMagnetBrushlessDCMotor,PMBLDCM)具有控制简单、动态响应好、可靠性高等优点,在伺服领域得到广泛的研究和应用[1�3].伺服电机要求能够四象限运行、频繁起动和制动且具有快速动态响应.无刷直流伺服电机运行采用三相六状态PWM调制[4],实现速度和转矩的控制,其电气制动方式有能耗制动、反接制动和能量回馈制动3种.能耗制动需在电枢回路中串接耗能电阻,并且改动硬件结构;反接制动的效果最好,但产生的制动电流和制动转矩较大,对驱动系统会带来很大的冲击;能量回馈制动无须改变系统硬件结构,只需对回馈电流进行柔性控制,即可实现较好的制动效果.因此,无刷直流伺服电机一般采用低速能量回馈制动方法[5�6].文献[7]中研究了利用蓄电池作为供电电源的无刷直流电动机的能量回馈制动控制,并在电动汽车得到了成功应用.本文针对以燃料电池作为直流源供电的伺服系统,研究了一种可释放过多回馈能量的电压泵升电路,从而保证了电机的四象限可靠运行.1�无刷直流电动机系统永磁无刷直流电动机伺服系统由电机本体、电子换向器及位置传感器3部分组成,其中,电子换向器包括逆变器和控制器.图1给出了逆变器和电机的等效模型.图中,主电路由三相桥式电路构成.燃料电池作为直流电源供电,输入端接入二极管Din和电容Cin,电压泵升电路由R0和Q0组成.图1�逆变器和电机等效模型Fig.1�Theequivalentmodelofinverterandmotor��电机的三相绕组电压数学表达式为UANUBNUCN=R000R000RiAiBiC+pL000L0000iAiBiC+eAeBeC(1)三相绕组电流数学表达式为i...