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零构置传感器的纯数控型按钮磁化电机带动体系
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-10-03

  表实验马达的设计(Design)参数(parameter)额定功率150W额定电压(voltage)36V额定转速(Rotational Speed)3600r/min定子极弧33转子极弧34绕组电阻0.8742绕组最大电感0.004889H绕组最小电感0.0004718H3.2半桥式主电路与电流(Electron flow)和电压采样功率变换器采用每相含两个主开关管的主电路,并含有电压电流采样电路。变频电动机由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多地考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力,及确保电机的使用寿命。微型电动机是指直径小于160mm或额定功率小于750W的电机,微型电动机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、实行或转换等功能。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。由于对整个系统体积(volume)和成本的要求,而且系统本身电压、电流等级不高,所以主电路中主开关管采用电压、电流等级较低的MOSFET开关管,电压电流采样采用精密电阻代替电压、电流传感器(transducer),整个主电路结构如所示。
  含采样电阻的主电路为了减少电流波动与转矩脉动,控制器中采用能量非回馈式斩波,因此,电流采样电阻放在如所示每相桥臂开关管与地之间,对每相绕组而言,既可记录开通时电流值,也可记录斩波时电流值,电流采样准确可靠,实时性强,这对电流控制和间接位置检测都是十分重要的。
  数字电流控制策略SRM目前常用的电流控制方法(method)是模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)滞环控制,采用这种控制方式在理论上是基于SRM的理想电流波形接近方波,但实际上这种控制方式的斩波频率不稳定(说明:稳固安定;没有变动),使控制器硬件线路复杂,可靠性和灵活性都不够好,从而对电机的转矩脉动、噪声、整个系统性能(xìng néng)和成本都有很大影响。
  由于TMS320F240中集成了PWM脉冲发生单元,只需几条指令就可以得到任意脉冲宽度和任意频率的PWM触发脉冲,因此,本文中采用了在PWM技术(Technology)基础上恒定斩波频率变脉宽的数字电流闭环控制。其基本策略是根据前采样周期中采样电流与参考电流的差值来确定下一周期的PWM脉冲的导通占空比。由于SRM不同于一般的线性控制对象,是一个多变量、非线性的系统,尤其是当电感随位置、电流大小的变化而变化时,电机的电磁关系十分复杂,因此,这些问题对电流进行瞬时控制时就更加明显的表现出来,而PID调节(adjust)控制是一种经典的主要针对线性系统的控制方式,用在SRM的瞬时电流控制是难以获得理想效果(effect)的,如所示。
  瞬时电流PID控制本文中采用电流跟踪控制,如果当前周期参考电流与采样电流的偏差小于零,则马上关断相应主开关,反之,则马上开通相应主开关,故又叫BANGBANG控制。其实验电流波形如所示,能准确逼近电流目标(cause)值,斩波频率高而稳定,有利于电机的高效(ɡāo xiào)与低噪。
  起动时初始位置检测方案由于电机没有位置传感器,因此就无法直接得到起动时转子的初始位置和运行(Windows)时的关断、开通位置,需要通过一定的间接位置检测技术来得到。在系统检测到起动信号后,将对三相绕组分别通低幅测试(TestMeasure)脉冲,得到一定的测试电流峰值(peak),由于转子静止,如果忽略绕组电阻,则测试电流峰值与绕组电感成反比,三相测试电流峰值分别代表各相绕组电感,则可以得到转子的初始位置。由于检测转子初始位置的目的是为了防止(fáng zhǐ)电机反转起动,因此,在实际算法中只要检测出当前转子位置处于哪一相的电感上升区,确定该相为起动初始导通相即可。以A相定子极对转子极处为的零点位置为例,转动电机转子,同时循环(continue)实行初始位置检测算法,记录算法结果,从而得到转子位置对应初始导通相的实测曲线如所示。
  运行时换相位置检测方案由于间接位置检测能够使整个系统结构更加坚固,运行更加可靠、高效,成本更加低廉,因此,各国学者对这一问题已从各种角度(angle)作了大量的研究(research),提出了多种解决方案,但是实际效果并不令人满意。
  本文为了提高算法的适用速度,在电机单相轮流导通和电流PWM控制的前提下,根据磁链、位置和电流关系判断转子位置的磁链法进行了一定的简化。由于单相轮流导通,当前相的关断点就是下一相的开通点,因此,只需检测转子是否达到换相位置。在硬件方面该算法没有任何额外(extra)的要求。这种算法在软硬件都比较简单,再加上高速的TMS320F240来实现,实验结果证实,该间接位置检测方案适用于3600r/min,其运行性能良好。
  速度估计及闭环控制由于没有位置,因此速度要通过一定的算法得到。在本实验系统中算法原理是记录电机换相点之间的时间间隔,可以换算出电机转速。整个速度闭环是采用PID调节。控制器软硬件配置控制器硬件框图如所示,整个控制算法框图如所示。
  控制器硬件配置图整个系统的控制算法框图电压、电流采样以及速度指令值输入送入DSP内含的A/D转换器,外部电刹车信号由PA口送入,电源(power supply)及各种警告和故障信号由PB口送出,具体电流斩波控制、位置检测及换相控制均在DSP内部由App完成,控制结果表现在主开关管的通断信号上,并由PWM发生单元送出。
  系统实验结果SRD作为一种调速系统,良好调速性能是其最终的追求目标,也是判断一个系统好坏的一个重要指标。无位置传感器SRD实验系统进行初始位置和换相位置检测,转速和电流双闭环调节,调速性能的试验结果如和所示。在调试过程中,得到较佳PID参数下的升降速动态响应。图中,点划线表示指令转速,实线表示实际转速,所有数据(data)都是App在运行过程中自动记录下来的原始数据,可以看出系统能实现零速到额定或更高转速之间的升降速调节,动态响应较快,稳态误差较小,调速性能较好。
  结论本文对混合式串联有源电力滤波系统的原理及控制方案进行了研究,这种滤波系统能很好的抑制高次谐波,同时又能弥补无源滤波器(filter)的各种缺点,通过ICAP/4对该系统进行仿真分析(Analyse)和实验,结果证实了理论分析的正确性。
  
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