無刷直流電動機系統(tǒng)波動力矩的抑制方法
王 強 孫 力 陸永平（哈爾濱工業(yè)大學150001）
摘 要 介紹幾種抑制無刷直流電動機系統(tǒng)波動力矩的主要方法，并對這些方法進行比較。
敘 詞 無刷直流電動機波動力矩抑制
1 引 言
無刷直流電動機系統(tǒng)具有良好的控制特性、大的峰值力矩和高可靠性等優(yōu)點，因而在高精度位置和速率系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，對于這類高精度系統(tǒng)，波動力矩是一項重要指標，影響著速率和位置精度，因此抑制無刷直流電動機系統(tǒng)的波動力矩具有重要的意義，本文對抑制波動力矩的方法進行了分類介紹。
2 波動力矩的幾種主要抑制方法
無刷直流電動機系統(tǒng)的波動力矩可分為兩種成分，即電磁波動力矩和齒槽波動力矩，對于表面磁鋼無刷直流電動機系統(tǒng)，通過齒極配合和采用分數(shù)槽繞組結構，可以充分抑制齒槽波動力矩，波動力矩的主要成分是電磁波動力矩。電磁波動力矩主要是無刷直流電動機系統(tǒng)三相電流和反電勢的恒定分量偏差、幅值偏差、相位偏差以及諧波成分產(chǎn)生的。根據(jù)波動力矩來源于電流和反電勢偏差這一特點，可將抑制波動力矩的各種方法作如下分類。
諧波消去法
力矩前饋法
力矩反饋法
直接力矩反饋法
間接力矩反饋法
磁場正弦化設計法
2.1諧波消去法
根據(jù)電磁波動力矩的產(chǎn)生原理，文獻[1]首先提出了必須根據(jù)氣隙磁密波形決定繞組電流波形，以消除電磁波動力矩，即諧波消去法。其主要的目的是消除電流和反電勢諧波成分產(chǎn)生的波動力矩，其基本原理如下：
當無刷直流電動機系統(tǒng)電流或反電勢含有諧波分量時，系統(tǒng)的平均電磁力矩和諧波力矩可表示為：
根據(jù)測得的或計算而得的各次電勢諧波成分，即可求解出****電流波形的各次諧波，從而得到了****電流波形，用它作為相電流參考信號，以抑制反電勢諧波產(chǎn)生的波動力矩，文獻[2]首先給出了這種方法的完整描述，文獻[3]介紹了獲取/mk的各種方法，原理上并沒有什么變化。文獻[4]計算了不同定子電流對/mk的影響，根據(jù)定子電流的數(shù)值，考慮電樞反應對電勢諧波的影響，進而計算出該電流下的/mk。
仿真和實驗研究表明，諧波消去法抑制較大的電勢諧波產(chǎn)生的波動力矩較為明顯，或者只可將波動力矩抑制于一定的水平。這是因為，該方法對電流調節(jié)器的帶寬有較高的要求，正常情況下，電流調節(jié)器無法使相電流完全復現(xiàn)電流指令中的各次諧波成分，因此，諧波消去法的作用是有限的。
2.2力矩前饋法
力矩前饋法是諧波消去法的發(fā)展，諧波消去法本質上是一種開環(huán)方法，力矩前饋法與諧波消去法依據(jù)相同的原理，即用電流的諧波成分消除電勢諧波成分產(chǎn)生的波動力矩。與諧波消去不同，力矩前饋法是一種實時、在線補漏方法。
圖1是一種典型的用力矩前饋補償方法抑制波動力矩的系統(tǒng)的原理圖，其基本原理是，建立反電勢或力矩觀測器，由同步旋轉參考坐標系下的狀態(tài)方程估計出電勢或力矩的諧波成分，根據(jù)電勢或力矩諧波計算出電流指令i和i中應包含的諧波成分，控制三相電流產(chǎn)生相應的諧波成分，抑制波動力矩。
力矩前饋法比較復雜，對采樣、檢測電路的精度要求較高，需要快速的數(shù)字信號處理 器，實現(xiàn)困難，其方法和技術尚不成熟，仍處反饋方法抑制波動力矩的于研究階段，文獻報道也較少[5]。
2.3力矩反饋法
力矩反饋方法是以瞬時力矩作被控量，根據(jù)獲取的反饋力矩信號實現(xiàn)對瞬時力矩的直接控制，因此也稱之為瞬時力矩控制 |
