基于小波网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制
无刷直流电机无位置传感器控制的研究
最后， 确立了以Ｍ ５Ｆ０ 为核心的 Ｃ６８５ 无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬 件系统， 搭建了 相应的 硬件实验平台。 Ｃｄｗｒｏ集成开发环境下完成了整个 在 ｏｅａｉ ｒｒ
无刷直流电 机无位置传感器控制系统的软件设计。实验证明， 所研制的试验软硬 件平台能很好地完成无刷直流电机无位置传感器控制功能，控制系统结构简单、响
ｈ ｄ ａ ｐ ｔｒ ａ ｔ ａ ｏｉｅ ｓ ｔａ ｄｓ ｎ ｓ ｐ ｇｏ ｓ ｓ ｌｓ ｔｌ ａ ｗ ｒ ｌｆｍ ｈ ｓ ｃｔ ｏｗｒ ｅｇ ｃ ｕ ｌ ｏｄ ｏｅ ｃ ｒ ｒ ｅ ｏ ｎ ｅ ａｄ ｅ ａ ｐ ｙ ｅ ｒｓ ｏ ｏ ａ ｄ ｓ ｆ ｉ ｎ ｎ ｎ
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机只能停留 在理论研究阶段，而无法推广使用。１ ５年， ９ ５ 美国 ＤＨｒｓ ．ａｉｎ等人首 ｒｏ
次申 请了 用晶体管换向 线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着现代无刷直 流电机的诞生。 ９２ 借助于霍尔元件的位置检测装置实现换向的无刷直流电机 １６ 年， 研制成功。 直至 １７ 年，原西德 ＭＡ Ｎ Ｓ Ｎ 公司的 Ｉ ｒ ａ 分部在汉诺威 ９８ Ｎ Ｅ ＭＡ Ｎ ｎａ ｔ ｄｍ 贸易博览会上，正式推出ＭＡ Ｃ永磁无刷直流电 机及其驱动系统，无刷直流电 机才
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述
永磁同步电机无位置传感器控制技术研究综述摘要：现阶段科学技术发展速度持续增快，永磁无刷直流电机也得到了显著的发展，对于永磁无刷直流电机的使用需要紧跟时代的发展需求。
因为永磁无刷直流电机具备良好的机械性能，有着较强的过载能力，节能高效并且操作难度较小。
所以在各个行业中得到了广泛的使用，其中能够以最低的成本获取更多的社会效益和经济效益。
要想能够显著改善永磁无刷直流电机的使用性能，就需要积极地优化永磁直流无刷电机的结构，正确进行热设计，保障永磁无刷直流电机处于一个安全稳定的运行状态，进而促进相关企业的发展和进步。
关键词：直流无刷；永磁电机；控制结构1永磁无刷直流电机的工作理论无刷直流电机在市场中有着比较广泛的使用，使用最常见的就是方波电流驱动电机以及正弦波电流驱动电机，前者就是无刷直流电机，至于后者就是永磁同步电机，其中无刷直流电机的相关理论包括：1.1永磁无刷直流电机结构为了能够更加深入地研究分析永磁无刷直流电机调速控制系统，就需要掌握永磁无刷直流电机的具体结构，相关的器件有电机、位置传感器以及电子开关线路，永磁无刷直流电机包括放定子绕组的定子以及嵌入到永磁磁体的转子。
（1）转子结构永磁无刷直流电动机主要就是根据永磁体在转子上的放置形式来划分成多个种类，其中包括埋入式永磁体以及内置式永磁体。
如今表面贴装式永磁体结构得到了广泛的使用，对于电机的弱磁控制可以选择内置式永磁体结构，不过容易产生漏磁的情况。
（2）定子结构定子结构能够产生良好的磁路，方便多相绕组的正常放置，定子结构主要有定子铁芯以及定子饶子。
其中分数槽结构的定子具备的绕组端部体积较小，绕组使用比较灵活，不过永磁体的使用效率较低。
至于无齿槽结构的定子难以有效地释放出绕组中的热量，因此温度较高，结构设计需要选择厚度更大的永磁体，不过这样会消耗较多的成本。
1.2永磁无刷直流电机原理其中为了能够更好地掌握永磁式永磁无刷直流电机的工作原理，就需要仔细地分析有刷直流电机的工作理论。
无刷直流电机的无位置传感器控制
无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一，国内外相关研究已经取得阶段性成果。
在无刷直流电机工作过程中，各相绕组轮流交替导通，绕组表现为断续通电。
在绕组不通电时，由于绕组线圈的蓄能释放，会产生感应电动势，该感应电动势的波形在绕组两端有可能被检测出来。
利用感应电动势的一些特点，可有取代转子上的位置传感器功能，来得到需要的换相信息。
由此，就出现了无位置传感器的无刷直流电动机。
尽管无位置传感器控制方式使得转子位置检测的精确度有所降低，但由于取消了位置传感器，电机的结构更加简单，安装更加方便，成本降低，可靠性进一步提高，在对体积和可靠性有要求的领域以及不适合安装位置传感器的场合，无位置传感器无刷直流电机应用广泛。
无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时在一定程度上克服了位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动。
无位置传感器技术是从控制的硬件和软件两方面着手，以增加控制的复杂性换取电机结构复杂性的降低。
以采用120o电角度两两导通换相方式的三相桥式Y接无刷直流电机为例，讨论基于现代控制理论和智能算法的无刷直流电机无位置传感器控制方法。
转子位置间接检测法目前无刷直流电机中主要采用电磁式、光电式、磁敏式等多种形式的位置传感器，但位置传感器的存在限制了无刷直流电机在某些特定场合的应用，主要体现在：1、位置传感器可使电机系统的体积增大；2、位置传感器使电机与控制系统之间导线增多，使系统易受外界干扰影响；3、位置传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可靠性降低4、位置传感器对安装精度要求较高，机械安装偏差引起的换相不准确直接影响电机的运行性能。
无位置传感器控制技术越来越受到重视，并得到了迅速发展。
依据检测原理的不同，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等。
反电势法反电势法（感应电动势过零点检测法）目前是技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。
无位置传感器永磁无刷直流电机控制系统研究
Keywords: PMBLDCM ML4425
sensorless control real-time simulation
back-EMF harmonic signals
II
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日
1 绪 论
概述：介绍 PMBLDCM 的发展历史、技术优势、研究热点以及应用领域，并阐述选题背景 和课题研究的工作重点。
1.1 PMBLDCM 的发展历史
传统的直流电机因其优异的转矩特性在控制领域得到了广泛的应用。但是，机 械电刷所带来的火花等一系列问题成了它无法克服的弱点。1917 年，Boliger 提出了 用整流管代替机械电刷的设想，从而产生了无刷电机的基本思想。 1955 年，美国 D.Harrison 申请了用晶体管换向线路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电机的诞 生[1]。 近半个世纪以来，由于电机本体及相关学科的迅猛发展，“无刷电机 ” 的概念已 经从最初的具有电子换向的直流电机发展到泛指一切具有有刷直流电机外部特性的 电子换向电机。 1978 年，原西德 MANMESMANN 公司在汉诺威贸易博览会上，正式推出 MAC 经典无刷直流电机及其驱动器，标志着永磁无刷电机真正进入了实用阶段。通过深 入研究，80 年代先后研制成功方波永磁无刷直流电机（PMBLDCM）和正弦波永磁 同步电机（PMSM） 。在近 20 年的时间内，随着稀土永磁材料和电力电子器件性能 的提高，永磁无刷电机已经得到了更加充分的发展。
(完整版)无刷直流电动机无传感器控制方法
无刷直流电动机无传感器低成本控制方法关键词：无刷直流电动机无位置传感器控制可编程逻辑器件1 引言无刷直流电机的无传感器控制是近年来电机驱动领域关注的一项技术。
无位置传感器控制的关键在于获得可靠的转子位置信号，即从软、硬件两个方面间接获得可靠的转子位置信号来代替传统的位置传感器[1~3]。
采用无传感器控制技术的无刷电机具有结构简单、体积小、可靠性高和可维护性强等优点，使其在多个领域内得到了充分的利用[4]。
目前对于无传感器无刷电机的控制多采用单纯依靠DSP软件控制的方法[5]，但是由于控制算法计算量大，执行速度较慢，且DSP 成本较高，不利于以后向市场推广。
同时也出现了应用于无传感器BLDCM控制的一些专用的集成电路[6]，但由于这些芯片可扩展性和通用性较低，而且价格昂贵，只适用于低压、小功率领域。
为了扩展无传感器BLDCM应用领域，降低其控制系统的成本，扩充控制系统的功能，增加控制系统的灵活性，本文以MCU+PLD方式组成控制系统的核心，利用PLD数字逻辑功能，分担MCU 的逻辑运算压力，使MCU和PLD的功能都得到了最大程度的发挥。
对于无位置传感器BLDCM 控制系统，本文着重分析了换相控制策略和闭环调速，最后通过仿真和实验，验证了控制系统的合理性和可行性。
2 系统的总体硬件设计本文中所设计系统是以8位PIC单片机和PLD构成的硬件平台，硬件结构框图如图1所示。
图1 系统总体结构硬件框图功率逆变电路采用三相全桥逆变结构，电机定子绕组为Y接法，电机工作模式为三相6状态方式。
在本文无传感器控制方式中采用反电动势过零位置检测方法，位置检测电路根据电机端电压获取3路位置信号，将信号送入PIC单片机进行软件移相后得到3路换相信号，由可编程逻辑器件进行逻辑解码后输出6路驱动开关管的前极信号，通过驱动芯片IR2233产生驱动信号以控制各开关管的导通与关断。
该系统采用速度单闭环方式，通过改变PWM的占空比以达到调速的目的。
基于无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计与开发
基于无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计与开发摘要：随着电力电子技术、微机与微电子技术的迅速发展，无刷直流电机也得到了广泛的应用。
现在无刷直流电机制发展与大功率的开关器件、稀土永磁材料、专用的集成电路等技术的发民密切相关，显示出其强大的生命力。
无刷直流电机有着显著的优势，比如可靠性高、维护方便、性能好、结构简洁、转速受机械换相限制小以及噪音小等。
本文就谈谈基于无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计开发展开讨论。
关键词：无位置传感器；无刷直流电动机；控制系统一、无刷直流电动机的工作原理严格说来无刷直流电动属于永磁同步电动机的一种，具有自控变频的特点。
其基本结构包括电力电子开关逆变器、磁极位置检测电路以及永磁同步电动机等三部分，属于一个电动机系统。
通常一般的直电动机，其电枢与直流电源相连是通过电刷与换向器实现的，电枢本身为交变电流；但是无刷直流电机不同，其采用磁极位置检测电路以及电力电子开关逆变器，将传统直流电机中的电刷与换向器的作用取而代之，实现了电子换向代替机械换向。
在无刷直流电动机中，有位置传感器或者无位置传感器会提供电机转子磁极的位置信号，经过相应的逻辑处理，控制器中会出现对应的开关状态，逆变器中的功率开关按照相应的顺序被触发，再按照相应的逻辑关系向电动机的定子各组绕向分配电源功率，最终促使电动机产生连续的转矩。
二、无刷直流电动机控制系统的硬件组成（一）整体结构本文所提出的无位置传感器无刷直流电动机控制系统，其具体功能需求如下：可以实现电机的启停；按照变频进行调速；带有过电压与过电流保护。
具体构成包括四个部分，即电源电路、微控制电路、驱动电路以及位置检测电路等.这其中，电源电路的具体功能如下：该系统供电电源设定为12V直流，其作用就是把12V的直流电压升至48V，无刷直流电动机驱动就以此为动力；降压整流输出+5V电压，满足微处理器系统工作电压的需求；电源电路还要设置相应的过流检测电路，以保护功率开关与驱动电路。
基于小波网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制
的 换相 信 号 ．
关键词 ：永磁无刷直流电机 ；小波 函数 ；神经网络 ；无 位置传感器控制 ；梯度下降法
中图分类号 ：Ｔ ３ １２ Ｍ ０ ． 文献标志码 ：Ａ 文章 编号 ：０９ ． １７ ２ ０ ）２ ０ ９ ．５ ４ ３ ２ ３ （０ ７ ｏ ． １０ ０
Ｐｏ ｉｉ ｎ Ｓ ｎｓ ｒｅ ｓＣｏ ｒ ｌＢａ ｅ ｎ Ｗ ａ ｅｅ ｕ ａ ｔ ｒ ｓｔｏ ｅ ｏ ｌｓ ｎｔｏ ｓ ｄ ｏ ｖ ｌｔＮｅ ｒ ｌＮｅｗｏ ｋ ｆ ｒ ＰＭ ｕｓ ｌｓ ０ Ｂｒ ｈ ｅ ｓＤＣ ｏ ｏ ｓ Ｍ ｔ ｒ
ｉｇ，ｔｅ ｓ ａｅ ｆｃｏ ，ｔ ｅ ｄｓ ｌｃ ｍｅ ｔｆｃｏ ｆｗａ ｅｅ ｕ ｃｉｎ ａ ｄ ｔ ｅｗｅｇ ｔ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅｈｉｄ ｎ ｌｙ ｒａ ｄ ｎ ｈ ｃ ａ ｔｒ ｈ ｉｐａ ｅ ｎ ａ ｔｒｏ ｖ ｌｔｆ ｎ ｔ ｎ ｈ ｉｈ ｓｂ ｔ ｅ ｈ ｄ ｅ ａ ｅ ｎ ｌ ｏ ｔ ｅｏ ｔ ｕ ａ ｅ ｒ ｂ ａｎ ｄ Ｗ ｈｌ ｎ ｔ ｅｏ ｌ ｅｌａ ｎｎ ｈ ｕｐ ｔｌｙ ｒａｅ ｏ ｔｉ ｅ ． ｉ ｉ ｈ ｎｉ ｅ ｒ ｉｇ，ｔ ｅｗｅｇ ｔ ｆＷ ＮＮ ｒ ｐｄ ｔｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｕ — ｅ ｎ ｈ ｉｈ ｓｏ ａｅｕ ａｅ ａ ｅ ｎ ｔｅ ｏ ｔ
微型无刷直流电机的无位置传感器控制
微型无刷直流电机的无位置传感器控制0 引言在一些应用场合要求使用的电机体积小、效率高、转速高，微型永磁无刷直流电机能够较好地满足要求。
因为电机体积较小，安装位置传感器困难，所以微型无刷直流电机的无位置传感器控制就显得尤为必要。
无刷直流电机的无位置传感器控制的难点在于转子位置信号的检测，目前国内外研究人员提出了诸多方法，其中反电动势法最为简单、可靠，应用范围最广泛。
普遍采用的控制方案为基于DSP 的控制和基于专用集成电路的控制等，但是其价格高、体积大，不利于用在微型电机控制器中。
本文介绍基于C8051F330 单片机、检测反电动势法的无位置传感器无刷直流电机的控制器，系统结构简单，体积超小型，价格低廉，运行性能良好。
1 无传感器无刷直流电机的控制方式实现无刷直流电机电子换相及PWM 控制的逆变器主电路如图1a 所示。
采用两两通电方式，即每一个瞬间有两个功率管导通，每隔60°电角度换相1 次，每一功率管导通120°电角度。
功率管的导通顺序是：V6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6。
在方波无刷直流电机中，定子绕组的反电动势波形(即气隙磁通波形)为正负对称的梯形波，如图1b 所示。
从图中可以看出当检测到不通电相绕组的反电动势为零时，以此作为起点滞后30°电角度，即为最佳换相时刻。
因此只要测出各相反电动势的过零点就可获得三相电机所需的6 个关键位置信号，进而实现定子绕组的正确换流。
电动机绕组中性点0 一般未引出，直接测定绕组反电动势相值比较困难，而便于测量的是三相定子绕组对地的端电压。
端电压过中点(直流电源电压的一半)与反电动势过零点在时间上是重合的，所以寻找。
从专利角度分析无刷直流电机无位置传感器控制
从专利角度分析无刷直流电机无位置传感器控制摘要：无刷直流电机广泛应用于诸多领域，无位置传感器控制因其成本较低、结构简单以及对工作环境不敏感等优点，受到研究学者的广泛关注。
本文从专利视角出发，通过检索、统计和分析国内外相关文献，梳理了无刷直流电机无位置传感器的关键技术。
关键词：专利角度；无刷直流电机；传感器控制无刷直流电机(BLDCM)具有结构简单、可靠性高、功率密度大等优点，在家用电器、医疗设备、电子数码、航空航天以及汽车等诸多领域获得了广泛的应用，无刷直流电机通常以霍尔传感器检测转子的位置来获取换相信号，然而霍尔传感器检测存在成本较高、结构复杂以及容易受到干扰、工作环境受限等缺点，极大的限制了其应用，无位置传感器控制以其显著的优越性成为无刷直流电机历年来研究的重要课题之一。
本文基于无刷直流电机无位置传感器控制的相关专利申请分析其技术的发展情况。
本文通过选取比较准确的关键词和分类号，在相关数据库对全球范围内的专利申请进行了检索和统计分析，数据统计公开日截止到2021年12月。
1.全球专利申请态势分析无刷直流电机无位置传感器的专利技术首次提出于20世纪70年代；从1970年到1988年为萌芽期，这一阶段全球专利申请量每年不超过10项，且几乎是国外申请人在进行相关的专利申请；从1989年到1995年为缓慢发展期，这一阶段全球专利申请量相较于萌芽期出现了一定的增长；从1996年到2008年，这一阶段全球专利申请量出现了飞速的增长，并在2004年达到了这一阶段的顶峰；从2009年至今，专利申请处于波动式发展，在2016年达到最大申请量，这一阶段为调整发展阶段，可以看出，技术发展已经较为成熟，中国专利申请逐渐成为主导力量。
2.全球专利申请地域分析对专利的技术原创国家分析可以反映各国的专利技术实力。
分析可知，该领域的技术来源国主要为中国、日本、韩国、美国和德国。
从累计总量上来看，来自中国的专利申请量位居全球第一，占据29.94%；日本的专利申请量与中国申请相当，位居第二，占据29.19%；韩国、美国和德国的专利申请量分别占据15.24%、13.04%和2.96%。
基于SVM的永磁无刷直流电机无位置传感器控制
数据采集：试验采集电机电压电流参数4 000组数 据，将这些数据分为两组，每组2 000组数据，一组用于 训练，另一组用于测试。试验的数据包括：输入包含电
U A U B UC
RA, 0, 0
= 0, RB
,
0
0, 0, RC
iA iB iC
+
L,
M
M
M, , L, ,M
M
M
, L
d dt
iA iB iC
+
EA
EB
EC
（1） U是三相电压，R是三相电阻，L为三相电感，e为 三相反电动势,M为三相互感。由于中性点处电流为0， 所以有
+
EA
EB
EC
电磁转矩公式如下：
（4）
TE
=
EAiA
+
EBiB w
+
EC ic
（5）
根据机械守恒可以得到：
TE − TL=
J dw + fw dt
（6）
2 支持向量机算法
2.1支持向量机原理 支持向量机是一种分类算法，它的目的是通过寻求
结构化风险最小来提高学习泛化能力，实现经验风险和 置信范围最小化，获取良好统计规律。支持向量机是一 种二类分类模型，最早在1963年由苏联学者Vladimir N 和Alexander Y提出的。
压数据 {U A (k),UB (k),Uc (k),U A (k −1),UB (k −1),Uc (k −1)} ,
基于小波神经网络的永磁同步电机无速度传感器控制_李毓洲
基于小波神经网络的永磁同步电机无速度传感器控制 李毓洲,等基于小波神经网络的永磁同步电机无速度传感器控制收稿日期:2009-10-13基金项目:国家自然科学基金(50805049);广东工业大学校博士启动项目(073030)支助李毓洲,阳 林(广东工业大学机电工程学院,510006)摘 要:提出基于小波神经网络的永磁同步电机无速度传感器控制方法。
依据直接检测得到的电流、磁链等参数,基于小波神经网络的时频局部特性、变焦特性、自学习、自适应、鲁棒性及很强的非线性逼近能力的特性,利用小波神经网络建立非线性映射,估计转子位置并计算转子的输出速度,实现电机无速度传感器控制。
在M a t -l a b /S i m u n l i n k 仿真环境下进行仿真研究,仿真结果表明,具有较好的动态响应和鲁棒性。
关键词:永磁同步电机;小波神经网络;无速度传感器;非线性映射中图分类号:T M 341;T M 351 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2010)07-0053-04S p e e d S e n s o r l e s s C o n t r o l o f t h e P e r m a n e n t Ma g n e t S y n c h r o n o u s Mo t o rB a s e do n Wa v e l e t N e u r a l N e t w o r k sL I Y u -z h o u ,Y A N GL i n(F a c u l t y o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,G u a n g z h o u 510006,C h i n a )A b s t r a c t :T h e m e t h o d o f s p e e d s e n s o r l e s s c o n t r o l o f p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r b a s e d o n w a v e l e tn e u r a l n e t w o r k s w a s p u t f o r w a r d .A s t h e w a v e l e t n e u r a l n e t w o r k h a s t h e p r o p e r t i e s o f l o c a l t i m e -f r e q u e n c y c h a r a c t e r i s t i c s ,z o o m i n g i n d e x ,a d a p t i v es t u d y ,s t r o n gr o b u s t n e s s a n dn o n -l i n e a r a p p r o a c h i n g ,a c c o r d i n g t o t h e p a r a m e t e r s o f c u r r e n t a n d f l u x d i r e c t l y o b t a i n e d ,t h e n o n -l i n e a r r e f l e c t i o n w a s b u i l t t o e s t i m a t e t h e o u t -p u t s p e e d o f r o t o r a n d r e a l i z e t h e s p e e d s e n s o r l e s s c o n t r o l .T h e s e n s o r l e s s c o n t r o l w a s s t u d i e d i n t h e s i m u l a -t i o n e n v i r o n m e n t M a t l a b /S i m u l i n k a n d t h e r e s u l t s h o w s t h e c o n t r o l s t r a t e g y h a s g o o dd y n a m i c r e s p o n s e a n d r o b u s t n e s s .K e y Wo r d s :P e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r ;W a v e l e t n e u r a l n e t w o r k s ;S p e e d s e n s o r l e s s ;N o n -l i n -e a r r e f l e c t i o n0 引 言近年来由于电力电子技术,微电子技术,新型电机控制理论及稀土永磁材料的发展永磁同步电机成为研究应用的热点,已广泛应用于很多领域,例如电动汽车领域。
基于反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制技术综述
2期
杨 影等: 基于反电动势的无刷直流电机无位置传感器控制技术综述
85
法的研究现状和技术特点。
1 基于反电动势的转子位置检测
1 1 基于反电动势过零点的转子位置检测 基于反电动势过零点的转子位置检测方法是在
忽略永磁无刷直流电机电枢反应影响的前提下, 通 过检测断开相反电动势过零点, 依次得到转子的六 个关键位置信号。如图 1所示, 反电动势 ea 上升沿 过零点延迟 30 电角度可触发 C 相上桥臂到 A 相上 桥臂的换相, 若延迟 90 电角度可触发 B 相下桥臂 到 C 相下桥臂的换相。
续流二极管法又称 第三相导通法 , 当逆变器 采用图 2所示的 PWM _ ON 调制方式时, 忽略逆变 器可控器件及二极管的导通压降, 检测在反电动势 过零点附近关断相续流二极管的导通与关断状态可 实现反 电动 势过零 点的 间接 检测, 并 确定 转子 位 置 [ 12] 。该方法适用于 120 导通模式方波驱动的永磁 无刷直流电机。为使反电动势过零之后在关断相出 现反电动势电流, 要求逆变器采用 PWM _ ON 调制 方式 [ 8] , 这会增加控制难度。为此文献 [ 13] 提出通 过检测下桥臂续流二极管状态得到三个换相点, 并 通过软件推算得到其它三个换相点, 逆变器可采用 一般的上管 PWM 控制、下管恒通的控制方式, 但是 该方案只能用于那些不需要频繁的、快速加速、减 速的应用场合。
基于磁链函数的转子位置检测方法基于磁连函数的转子位置检测方法是根据测量的电压电流估计线间反电动势并在ac相导通aabca估计电机转子位置ecaebceabeca在每个导通模式内恰当选择线间反电动势使磁链函数具有双曲线特性磁链函数值对换相时刻非常敏感且线间反电动势过零点对应电机换向时因此该方法具有以下优点受到了研究人员的广泛关注
永磁无刷直流电机的无位置传感器控制技术
永磁无刷直流电机的无位置传感器控制技术发布时间：2021-12-30T05:53:44.680Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：唐波[导读] 永磁无刷直流电机有着高效率、长寿命、低噪音和机械性能好的显著优势，在航空航天、汽车、家用电器和军事等领域应用广泛。
随着社会经济和科学技术的高速发展，工业生产技术水平得到了很大提升，永磁无刷直流电机取得了显著的发展成就，与传统永磁有刷直流电机对比而言，现代永磁无刷电机保障各项设备安全稳定运行的能力更强，具有良好的控制性能，有利于提高企业的生产效率。
基于此，本文将概述无刷直流电机的基本结构和工作特点，并探讨永磁无刷直流电机控制技术。
唐波山东黄金集团蓬莱矿业有限公司摘要：永磁无刷直流电机有着高效率、长寿命、低噪音和机械性能好的显著优势，在航空航天、汽车、家用电器和军事等领域应用广泛。
随着社会经济和科学技术的高速发展，工业生产技术水平得到了很大提升，永磁无刷直流电机取得了显著的发展成就，与传统永磁有刷直流电机对比而言，现代永磁无刷电机保障各项设备安全稳定运行的能力更强，具有良好的控制性能，有利于提高企业的生产效率。
基于此，本文将概述无刷直流电机的基本结构和工作特点，并探讨永磁无刷直流电机控制技术。
关键词：永磁无刷电机；控制技术；智能控制引言如今，节能减排已经成为经济与能源可持续发展的必由之路，是我国工业化发展的重要方向和重要目标，永磁无刷直流电机有着低耗能、高效率和应用广的显著优势，是国家大力支持的绿色环保高新技术项目，符合目前机电产品小型化、模块化和智能化的发展要求，具有很广的发展前景。
在材料科学技术高速发展的背景下，高性能半导体元器件不断涌现，导磁材料磁性有了大幅度提高，这是推动电机行业快速发展的重要力量，与此同时，传感器技术的进步，直接增强了角位置传感器的性能、精度和稳定性，大大提高了永磁无刷直流电机的控制精度，所以，探讨永磁无刷直流电机及其控制技术，有利于充分发挥我国是世界上最大稀土储藏国这一优势，对推动高效节能电机系统构建和促进工业生产低碳化具有重要意义。
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・191・
等方法 ,在某些场合也能取得较好的效果 . 以上方法均 以精确预知电机参数为前提 , 而无刷直流电机具有很 强的非线性和参数不确定性 . 由于具有能逼近任意非线性函数 、 能进行自学习 以适应环境的变化 ,神经网络已广泛应用于电机控制 , 而将其应用于无刷直流电机无位置传感器控制中可取 [ 3 —4 ] 得较高的精度 . 文献 [ 5 —6 ]采用 RBF 神经网络取 得了较好的控制效果 . 由于小波函数可以是正交的 ,保 证了逼近函数表达式的唯一性 ,从而避免了由于 RBF 神经网络中激励函数非正交性而导致的逼近表达式的 非唯一性 . 对于不同的逼近函数 ,小波函数可以有更广 泛的选择 ,而且小波函数具有对突变函数逐步精细的 描述特性 , 使得函数的逼近效果更好 . 小波神经网 络是在小波分解的基础上提出的一种前馈神经网络 , 它同时具有小波分析和神经网络各自的优点 , 即小波 变换具有时频局部特性和变焦特性 , 而神经网络则具 有自学习 、 自适应 、 鲁棒性 、 容错能力和推广能力 ,并且 小波分析在理论上保证了小波网络在非线性系统逼近 [ 8 —9 ] 中所具有的快速性 、 准确性和全局收敛性等优点 . 本文将小波网络应用于无刷直流电机无位置传感器控 制 ,采用梯度下降法进行网络参数的训练 ,由离线训练 初步确定隐层节点小波函数的尺度因子 、 平移因子及 网络输出层连接权值 , 然后以滤波和逻辑处理后的网 络输出信号为教师对网络输出层连接权进行在线调 整 . 网络通过对电机的端电压和相电流的映射 ,能够得 到准确的换相信号 .
f ( x) .
1 小波变换与小波网络
小波网络是基于小波变换而构成的神经网络模 型 ,即用非线性小波基取代通常的神经元非线性激励 函数 ,把小波变换与神经网络有机地结合起来 ,充分继 承了两者的优点 .
1. 1 小波变换
2 基于小波网络的无刷直流电机无位置传感
器控制
2. 1 无刷直流电机的位置检测分析
天 津 大 学 学 报 第 40 个电流 、 电压输入量通过 10 个隐层节点输出 6 路开关信号 .
制 , 以电机运行过程中的实际数据为样本来训练网络 . 得 到 的 输 入 样 本 为 { ia ( n ) , ib ( n ) , ia ( n - 1 ) , ib ( n - 1 ) , va ( n - 1 ) , vb ( n - 1 ) } ; 输出样本为 { g1 , g2 , g3 , g4 , g5 , g6 }. gi 对应于第 i个桥路开关状态 , 桥路导 通时为 1, 关断时为 0. 采用梯度下降法来训练参数 A、 T、 W , 网络最小化 目标函数为 J =
Position Sen sorless Con trol Ba sed on W avelet Neura l Network for PM Brushless DC M otors
SH I Ting2na, TI AN Yang, X I A Chang2liang
( School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China)
[7]
积分变换的反演公式为
f ( x ) = Cψ
-1 R2
w ( a, t) { │a │ ∫ ∫
f
1 /2
ψ ( ax - t) } d a2d t
a ( 4)
式 ( 4 ) 可以近似为
K
f ( x ) =
∑w ψ ( a x i i i =1
ti )
( 5)
1. 2 小波网络
式 ( 5 ) 可以用如图 1 的神经网络来实现 , 这是一 个单输入单输出的网络 .
1 2
6
∑∑( g
p i =1
位置传感器控制成为无刷直流电机控制领域的研究热 点 . 目前最常用的无位置传感器控制方法是反电动势 法 ,但该方法在低速时容易引入噪声 ,造成较大的控制 误差
[1]
; 磁链估计法理论上能实现高速和低速运行 ,
[2]
但实际上由于电机数学参数模型的非线性 , 很难准确 估计出电枢磁链
; 此外 , 电感法和直接转矩控制法
图 1 单输入单输出小波网络拓扑图
F ig. 1 Topology of sing le in put2sing le output wa ve le t neura l ne twork
图 1 中 , 网络的每个隐层节点都是一个小波函数 , w i 为第 k个隐层节点到输出的权值 , ai 和 ti 分别为第 k 个隐层节点小波函数的尺度因子和平移因子 . 通过训 练可以使 w i 、 ai 和 ti 达到最优 , 以使网络能很好地逼近
以三相桥式 Y 接无刷直流电机为例 , 电机的电压 平衡方程为
va R 0 0 ia ib + ( L - M ) ・ ic
如果 ψ ( x ) ∈L ( R ) 满足“ 容许性 ” 条件 ∞ ψ │ ^ (ω) │ ω <∞ ( 1) Cψ = d -∞ ω│ │ 2 式中 :ψ ^ (ω) 表示 ψ (ω) 的 Fourier变换 ; L ( R ) 是指在 R 内的平方可积空间 . 那么 , 称 ψ (ω) 是一个基小波 . 由式 ( 1 ) 得到 ψ ^ (ω) 在原点必为零 , 即
2
∫
vb = 0 R 0 0 0 R vc
ia
d d λ (θ - 2 π /3 ) ib + dt dt m λ θ- 4 π /3 ) ic m (
λ θ ) m (
( 6)
ψ ^ ( x ) dx = 0 ∫
-∞
∞
( 2)
2 对于每一个基小波 ψ (ω) , 在 L ( R ) 上的积分变 换 (I W T)定义为 1 /2 w f ( a, b) = │a │
f ( t) ψ ( ax ∫
-∞
∞
t) d t
( 3)
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・192・ 号 , 从而实现无位置传感器控制 . 2. 2 网络结构
摘 要 : 通过对永磁无刷直流电机的无位置传感器检测原理和小波网络特性的分析 ,提出了基于小波神经网络的 永磁无刷直流电机无位置传感器控制新方法 . 该方法构建小波网络模型 ,采用梯度下降法对网络进行训练 . 网络训 练分为离线训练和在线训练 ,由离线训练初步确定网络隐层节点的小波平移因子 、 尺度因子及网络输出层权值 ,以 滤波和逻辑处理后的网络输出信号为教师对网络输出层连接权进行在线调整 . 从而由电机的相电流 、 端电压映射 出电机的换相信号 ,取代了传统的位置传感器 . 最后仿真及实验结果表明 ,该方法能得到准确的永磁无刷直流电机 的换相信号 . 关键词 : 永磁无刷直流电机 ; 小波函数 ; 神经网络 ; 无位置传感器控制 ; 梯度下降法 中图分类号 : T M301. 2 文献标志码 : A 文章编号 : 0493 22137 ( 2007 ) 02 20190 205
式中 : va 、 vb 、 vc 为定子绕组相电压 ; ia 、 ib 、 ic 为定子绕组 相电流 ; L 为绕组自感 ; M 为绕组间互感 ; R 为绕组电 阻; θ 为转子旋转电角度 ;λ m 为转子每极下的磁链 ,λ m 是θ 的函数 , 因此只要知道 λ 的 m 就可以得到该时刻 θ 范围 , 即转子位置 . 由式 ( 6 ) 可知 λ 电 m 和电机的电压 、 流有关 , 因此可以通过电机的电压 、 电流求得换相信
第 40 卷 第 2期 2007 年 2 月
天 津 大 学 学 报 Journa l of T ian jin Un iversity
Vol . 40 No. 2 Feb. 2007
基于小波网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制
史婷娜 , 田 洋 , 夏长亮
(天津大学电气与自动化工程学院 ,天津 300072 )
由于既具备交流电动机的结构简单 、 运行可靠 、 维 护方便等一系列优点 ,又具备直流电机的运行效率高 、 无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点 , 无刷直流电 机得到了广泛的应用 . 但由于位置传感器的存在 ,大大 限制了无刷直流电机在恶劣环境 (如腐蚀 、 潮湿 ) 和对 系统要求较高 (如卫星仪器 ) 条件下的应用 . 因此 , 无
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2007 年 2 月 史婷娜等 : 基于小波网络的永磁无刷直流电机无位置传感器控制
收稿日期 : 2006 210 216; 修回日期 : 2006 212 207. 基金项目 : 天津市科技攻关计划重大资助项目 ( 05ZHGCGX00100) ; 天津市应用基础研究重点资助项目 ( 043802011) . 作者简介 : 史婷娜 ( 1969 — ) ,女 ,副教授 , tnshi@ tju. edu. cn.
Abstract: The p rincip le of position sensorless control for PM brushless DC motors ( BLDCM ) and the charac2 teristics of wavelet neural network (WNN ) are analyzed. A s a result, a novel control method based on WNN for BLDCM is p roposed. In this method a wavelet neural network model is built, through a gradient descent error algorithm , the network updates its parameters . The WNN is trained both offline and online. In the offline train2 ing, the scale factor, the disp lacement factor of wavelet function and the weights between the hidden layer and the output layer are obtained. W hile in the online learning, the weights of WNN are updated based on the out2 put signals after filtering. By mapp ing the term inal voltages and phase currents to communication signals, the network can rep lace the traditional position sensors . Sim ulation and experim ental results show that exact com 2 mutation signals can be obtained using the p roposed method. Keywords: PM brushless DC motor; wavelet function; neural network; position sensorless control; gradient descent error algorithm