摘要當(dāng)我們周圍的生活環(huán)境隨著電力電子技術(shù)不斷發(fā)展并且伴隨著新型永磁材料的出現(xiàn)，直流無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用空間在不斷被拉大。而輪轂電機(jī)是一種車輪內(nèi)裝的電機(jī)技術(shù)，在日常生活中輪轂電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，而作為輪轂電機(jī)有很多種類-有刷和無(wú)刷、直流和交流等等，而直流無(wú)刷輪轂電機(jī)因?yàn)槠涮攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用，所以在下面介紹中主要對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行研究。直流無(wú)刷電機(jī)具有直流串勵(lì)電機(jī)的啟動(dòng)特性和直流并勵(lì)電機(jī)調(diào)速的特性的一種新型的科研產(chǎn)品，它沒(méi)有傳統(tǒng)外置式傳感器的缺點(diǎn)和不足，它還擁有著直流電機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能，也不像換向器和電刷組成的機(jī)械接觸機(jī)構(gòu)，它體積更小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性更強(qiáng)并且它的效率更高，使得它在越來(lái)越多的領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，同時(shí)無(wú)位置傳感器的控制也相當(dāng)簡(jiǎn)便，這種方法所具備的簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性將它自身的優(yōu)勢(shì)放的越來(lái)越明顯。這篇文章是在對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)分析講解，提出了在科學(xué)上很關(guān)鍵的幾個(gè)問(wèn)題，主要包括了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)以及PWM調(diào)制方式等方面，將理論運(yùn)用到實(shí)踐中，展開(kāi)了較為全面地研究并且討論重難點(diǎn)。論文在MATLAB仿真環(huán)境下構(gòu)造了直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，仿真結(jié)果表明，采用這種無(wú)位置傳感器的控制方法，能夠使直流無(wú)刷電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)、帶載運(yùn)行時(shí)和調(diào)速完成的時(shí)候整個(gè)過(guò)程更加簡(jiǎn)便和直接；電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、調(diào)速過(guò)程響應(yīng)速度快、系統(tǒng)整體的性能也較好、過(guò)度也更加平穩(wěn)。以上述仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，我們還可以進(jìn)行直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)位置傳感器運(yùn)行的空載實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電機(jī)空載啟動(dòng)、帶載啟動(dòng)以及負(fù)載擾動(dòng)的時(shí)候，我們對(duì)其仿真，因?yàn)樵谒俣葹榱銜r(shí)或是在很小的速度下，電機(jī)的反電勢(shì)等于零或者很小，所所以在這里就引入了一種很重要的特殊的起動(dòng)方法-反電勢(shì)法，這種方法很適用于無(wú)位置傳感器，人們也逐漸越來(lái)越青睞和采用這種方式，所以其成為了直流無(wú)刷輪轂電機(jī)控制系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流輪轂電機(jī)無(wú)位置傳感器控制反電勢(shì)端電壓法相電壓法AbstractWhenthelivingenvironmentalongwiththepowerelectronicstechnologycontinuestodevelopandwiththeemergenceofnewpermanentmagneticmaterial,theapplicationofbrushlessmotorinDCmotorisconstantlybeingpulled..Whilethewheelhubmotorisbuiltinawheelmotortechnology,inthedailylifeofinwheelmotoriswidelyused,andasthehubmotorhavemanykindsof-brushandbrushless,DCandAC,andsoon,andDCbrushlesshubmotorbecauseofitscharacteristicsandadvantagesarewidelyused,sointhefollowingintroductionmainlyforDCnobrushlessmotorwithoutpositionsensorcontrolwerestudied.BrushlessDCbrushlessmotorwithDCseriesexcitedmotorstartingcharacteristicandDCshuntmotorspeedcontrolcharacteristicsofanewscientificresearchproducts,itdoesnothavedisadvantagesandshortcomingsofthetraditionalexternalsensor.ItalsohasaDCmotorexcellentperformanceofspeedadjustment,alsocomposedofunlikecommutatorandbrushelectricmechanicalcontactmechanism,ithassmallervolume,simplestructure,morereliableanditismoreefficientmakesitinmoreandmorefieldsiswidelyusedatthesametime,thenonpositionsensorcontrolisquitesimple,thismethodhasthesimplicityandpracticalitywillbeitsadvantagemoreandmoreobvious.ThispaperfocusesontheDCbrushlesshubmotorwithoutpositionsensorcontrolsystemisstudiedinthispaper.Accordingtotheitsinthetechnicalaspectsofseveralkeyproblems,mainlyincludingtherotorpresetting,torqueripplesuppression,rotorpositiondetectionandPWMmodulationmode,withthecombinationoftheoryandpracticeoflaunchedamorecomprehensivestudyanddiscussion.TheintheMATLABsimulationenvironment,buildaDCnobrushwheelmotorsystemsimulationmodelandthesimulationtestofthesystem,andhascarriedonthedetailedintroductionofthecontrolsystemsoftwareandhardwaredesign.Simulationresultsshowthatthethewithoutpositionsensorcontrolmethod,canmakenobrushlessDChubmotorstart,loadoperationandspeedtocompletemoresmoothly;motorrunningsmoothly,speedofresponsespeed,theperformanceofthewholesystemisalsogood,excessiveisalsomorestable.Onthebasisofsimulation,DCbrushlesshubmotorwithoutpositionsensoroperationofno-loadtest,themodelforno-loadstart,loadstart-upandloaddisturbancesimulationexperiment.Becauseinthelowspeedorzerospeedoperation,themotorbackEMFissmallorzero,sothepotentialcontrolneedaspecialtechnologystart-"backEMFmethodwithoutpositionsensorcontrolandthismethodgraduallybythepeopleofallagesandadopted,andbecomethedirectcurrentbrushlesshubmotorcontrolsystemofhotspots.Keyword：BrushlessDCmotorPositionsensorlesscontrolBackEMFTerminalvoltagemethodPhasevoltagemethod目錄摘要--------------------------------------------------------------------------------------IAbstract---------------------------------------------------------II1緒論--------------------------------------------------------11.1直流無(wú)刷輪轂電機(jī)概述-------------------------------------11.2直流輪轂電機(jī)的控制方式-----------------------------------21.3轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法------------------------------------21.3.1反電勢(shì)法------------------------------------------31.3.2狀態(tài)觀測(cè)器法---------------------------------------31.3.3電感法--------------------------------------------31.3.4續(xù)流二極管法---------------------------------------31.4本章小節(jié)-------------------------------------------------42直流無(wú)刷輪轂電機(jī)的工作原理------------------------------------42.1直流無(wú)刷輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)分析---------------------------------42.1.1電機(jī)本體------------------------------------------52.1.2無(wú)刷直流輪轂電機(jī)數(shù)學(xué)模型---------------------------62.2直流無(wú)刷輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)位置傳感器-------------------72.1.1磁敏式位置傳感器-----------------------------------72.2.2電磁式位置傳感器-----------------------------------72.2.3光電式位置傳感器-----------------------------------72.3導(dǎo)通方式------------------------------------------------72.3.1兩兩導(dǎo)通方式--------------------------------------72.3.2三三導(dǎo)通方式--------------------------------------83直流無(wú)刷輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)----------------------------------93.1基于反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)--------------------------93.1.1反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的原理-------------------------93.1.2端電壓法------------------------------------------103.1.3相電壓法------------------------------------------113.2電感法--------------------------------------------------114PWM調(diào)制方式和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制-----------------------------------124.1PWM調(diào)制方式--------------------------------------------124.2轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制--------------------------------------------144.2.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因-----------------------------------154.2.2換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制方法---------------------------155MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)-----------------------------------------------165.1MATLAB簡(jiǎn)介----------------------------------------------165.2系統(tǒng)仿真------------------------------------------------175.3仿真實(shí)驗(yàn)分析--------------------------------------------185.4系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及分析------------------------------------------185.5本章小結(jié)------------------------------------------------19結(jié)論---------------------------------------------------------19參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------第一章緒論1.1直流無(wú)刷電機(jī)概述伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，輪轂電機(jī)技術(shù)逐漸步入了人們的視野。輪轂電機(jī)又被稱為車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它能夠?qū)㈦妱?dòng)車輛的機(jī)械部分簡(jiǎn)化，并且它的最大特點(diǎn)是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置都整合到輪轂之中。對(duì)于傳統(tǒng)車輛來(lái)說(shuō)，離合器、變速器、差速器、分動(dòng)器和傳動(dòng)軸缺一不可，這些部件使車輛的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，重量跟重，并且還需要定期檢查和維護(hù)。但是輪轂電機(jī)很簡(jiǎn)單的解決了這一系列的問(wèn)題，它不僅使車輛結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，還使運(yùn)用了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛有著更加出色的空間利用率，最重要的一點(diǎn)是，它使車輛的傳動(dòng)效率更高。直流無(wú)刷輪轂電機(jī)便是將直流無(wú)刷電機(jī)和輪轂電機(jī)結(jié)合到了一點(diǎn)，使電機(jī)的運(yùn)行效率，傳動(dòng)效率大大提升，將電機(jī)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，減少了許多普通電機(jī)運(yùn)行中的問(wèn)題，是一種較為出色的新型電機(jī)。近些年來(lái)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面的應(yīng)用基本體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是以輪胎生產(chǎn)商或汽車零部件生產(chǎn)商為代表的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的集成化電動(dòng)系統(tǒng)；二是整車制造商與輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)商一起開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車。國(guó)內(nèi)對(duì)于輪轂電機(jī)的研究大多集中在高校，產(chǎn)品均為電動(dòng)汽車和一些新能源汽車，同時(shí)，在高轉(zhuǎn)矩輪轂電機(jī)開(kāi)發(fā)方面，我們與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品仍有一定差距，因此我國(guó)仍需加強(qiáng)對(duì)輪轂電機(jī)技術(shù)的研發(fā)投入，提高競(jìng)爭(zhēng)力，盡量縮小差距，爭(zhēng)取盡快達(dá)到世界的先進(jìn)水平。當(dāng)新型電力電子器件、新型處理技術(shù)以及全新控制理論的出現(xiàn)，一種新型直流電機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生了[1]。直流無(wú)刷電機(jī)便是由此而得的產(chǎn)物，在輪轂電機(jī)的應(yīng)用方面，直流無(wú)刷電機(jī)可以最大程度發(fā)揮輪轂電機(jī)的特性，所以絕大多數(shù)輪轂電機(jī)都是以直流無(wú)刷電機(jī)為原理進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的。直流無(wú)刷電機(jī)是一種集交流和直流電機(jī)各自優(yōu)點(diǎn)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品,交流電機(jī)具有可靠的運(yùn)行穩(wěn)定性、方便維護(hù)檢修、構(gòu)建比較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),直流電機(jī)具有很高的運(yùn)行效率和良好調(diào)速性能,并且沒(méi)有勵(lì)磁損耗[2]。無(wú)刷直流電機(jī)的特點(diǎn)就是擁有著良好的線性機(jī)械特性并且還有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大、控制電路簡(jiǎn)便和調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但是直流電機(jī)的發(fā)展空間卻被其電刷和換向器限制住了，因?yàn)樗碾娝⒑蛽Q向器是強(qiáng)迫性接觸在一起的，從而使得直流無(wú)刷電機(jī)的可靠性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且還具有易產(chǎn)生火花和噪聲等許許多多的問(wèn)題，直接影響著直流無(wú)刷電機(jī)的調(diào)速性能和它的精度[3]。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上有點(diǎn)一點(diǎn)非常類似,就是在它們的電磁結(jié)構(gòu)上，不同點(diǎn)在于直流無(wú)刷電機(jī)的電樞繞組是放在定子上的而它的轉(zhuǎn)子上安裝的是永久磁鋼。這種電機(jī)的電樞繞組大多采用多相形式,經(jīng)逆變器接到直流電源上,定子采用電子換向裝置，有刷直流電機(jī)的電刷和機(jī)械換向器的時(shí)代已經(jīng)不復(fù)存在了,各相逐次通電,與轉(zhuǎn)子磁極主磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,從而在空間中產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，直流無(wú)刷電機(jī)得以運(yùn)轉(zhuǎn)。1930年左右，人們嘗試了許多方法將直流電機(jī)的電刷和換向器用其他方式代替，所以這時(shí)候出現(xiàn)了用電子換向器取代了機(jī)械換相的新型直流電機(jī)，直流電機(jī)電子換相的夢(mèng)想被實(shí)現(xiàn)了，這就意味著直流無(wú)刷電機(jī)的出現(xiàn)。1962年，直流無(wú)刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)了霍爾元件換相，正式成為了直流無(wú)刷電機(jī)目前最主要的電子換相方式[4]。1978年，反電勢(shì)為方波的無(wú)刷直流電機(jī)出現(xiàn)，從此直流無(wú)刷電機(jī)真正步入了被大規(guī)模應(yīng)用的階段[5]。20世紀(jì)80年代，伴隨著高性能永磁材料的出現(xiàn)，電機(jī)的體積明顯減小和重量明顯減輕，并且電機(jī)的性能和節(jié)能效果顯著得到了提高?，F(xiàn)在無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲入了生活的各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療醫(yī)學(xué)、交通運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)設(shè)備(光驅(qū)、硬盤等)、音像設(shè)備、家用家電、武器裝備及工業(yè)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)等等[6]。無(wú)刷直流電機(jī)的交流同步電機(jī)在構(gòu)成上有一些類似，但是在其運(yùn)行的時(shí)候，根據(jù)它的特點(diǎn)可以把它假設(shè)成定子和轉(zhuǎn)子都是反裝的直流電機(jī)。所以，直流無(wú)刷電機(jī)同時(shí)具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠和直流電機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能，而且還克服了傳統(tǒng)的直流電機(jī)因?yàn)闄C(jī)械換向帶來(lái)的一系列問(wèn)題。1.2直流無(wú)刷電機(jī)的控制方式直流無(wú)刷電機(jī)在控制時(shí)主要看轉(zhuǎn)子位置傳感器的有無(wú),所以便分為有位置傳感器控制和無(wú)位置傳感器控制方式。而本文將重點(diǎn)對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行研究。無(wú)位置傳感器控制技術(shù)是直流無(wú)刷電機(jī)研究中必不可少的一部分，在無(wú)刷直流電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各相繞組輪流交替導(dǎo)通繞組進(jìn)行間斷性的通電。當(dāng)繞組沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)，繞組線圈中由于存儲(chǔ)了能量，這時(shí)能量釋放出來(lái)產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)，取代轉(zhuǎn)子上的位置傳感器的功能。所以，就出現(xiàn)了直流無(wú)刷電機(jī)中的無(wú)位置傳感器。不管是在硬件設(shè)備還是在軟件方面，無(wú)位置傳感器的出現(xiàn)將控制的復(fù)雜性大大降低。

1.3轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法概述目前直流無(wú)刷電機(jī)中主要采用光電式、電磁式、磁敏式等多種形式的位置傳感器，但是位置傳感器卻極大程度限制了其應(yīng)用：1、位置傳感器使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間體積不簡(jiǎn)便；2、位置傳感器使電機(jī)和控制系統(tǒng)中間導(dǎo)線的數(shù)目大大增加，這樣系統(tǒng)的運(yùn)行非常容易受到干擾，不穩(wěn)定；3、位置傳感器在運(yùn)行不穩(wěn)定，極其容易受到周圍環(huán)境的影響，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性降低；隨著科學(xué)的發(fā)展，逐漸也產(chǎn)生了很多種無(wú)位置傳感器轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法，主要有反電勢(shì)檢測(cè)法、狀態(tài)觀測(cè)器法、電感法等等。1.3.1反電勢(shì)法反電勢(shì)法是現(xiàn)如今技術(shù)最成熟、使用最廣泛的一種檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法。對(duì)于直流無(wú)刷電機(jī)來(lái)說(shuō)，檢測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)的懸空相繞組的反電勢(shì)的信號(hào)就可以用來(lái)判斷電機(jī)什么時(shí)候換向，這種方法技術(shù)成熟，將檢測(cè)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)延遲了30°的電角度，從而得到了6個(gè)離散的轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了直流無(wú)刷電機(jī)的無(wú)位置傳感器的控制。反電勢(shì)的檢測(cè)其實(shí)并不容易，因?yàn)槿魏我粋€(gè)時(shí)刻總是有一相的繞組是不導(dǎo)通的，該感應(yīng)電勢(shì)是由電樞反應(yīng)電勢(shì)和反電勢(shì)兩部分組成的。并且由于電機(jī)等效氣隙在一般情況下間隙比較大,反電勢(shì)通常大于電樞反應(yīng)電勢(shì)。所以現(xiàn)實(shí)中大多情況都是利用反電勢(shì)和端電壓的相互關(guān)系獲取反電勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。這種方法就是反電勢(shì)法。1.3.2狀態(tài)觀測(cè)器法這種方法是以電機(jī)參數(shù)（電壓、電流等）為狀態(tài)的變量，建立出數(shù)學(xué)模型，然后通過(guò)數(shù)字濾波得到該變量的離散值，并且觀察轉(zhuǎn)子的位置，將電勢(shì)平衡方程由非線性轉(zhuǎn)化為線性時(shí)要將反電勢(shì)設(shè)為常值擾動(dòng)，這樣即使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)有著很大的負(fù)載，它也依舊容易控制，即使是在惡劣的工作環(huán)境下，它的運(yùn)轉(zhuǎn)也不會(huì)受到影響。1.3.3電感法電感法的兩種形式:用于凸極式永磁無(wú)刷直流電機(jī)；用于內(nèi)嵌式磁鋼結(jié)構(gòu)的水磁無(wú)刷直流電機(jī)；當(dāng)轉(zhuǎn)子處于起動(dòng)加速的過(guò)程當(dāng)中,電機(jī)靜止時(shí)或低速時(shí)反電勢(shì)是無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的，這時(shí)候便要依靠電感法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，這種方法不是特別常用，因?yàn)槠錃庀洞磐ㄗ兓遣淮_定的，繞組電感的對(duì)檢測(cè)的結(jié)果影響很大導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)確，從而對(duì)換向信號(hào)的干擾十分明顯。1.3.4續(xù)流二極管法這是一種將續(xù)流二極管并聯(lián)在逆變器兩端時(shí)觀察其導(dǎo)通情況來(lái)確定電機(jī)功率管的換向時(shí)刻的方法。這種方法其實(shí)是反電動(dòng)勢(shì)法的間接檢測(cè)方式，但使無(wú)刷直流電機(jī)的低速性能大大加強(qiáng)，擁有比反電勢(shì)法更加優(yōu)秀的調(diào)速范圍。這種方法也被稱為三相導(dǎo)通法，當(dāng)三相兩兩導(dǎo)通時(shí)，直流無(wú)刷電機(jī)的三相繞組總是有一相會(huì)處于斷開(kāi)狀態(tài)，只需要檢測(cè)6個(gè)續(xù)流二極管導(dǎo)通與否就可以獲得它們之間的開(kāi)關(guān)順序了。無(wú)位置傳感器大多是PWM調(diào)制，由于這種調(diào)制方式和反電勢(shì)的相互作用導(dǎo)致了不導(dǎo)通的那一相的端電壓總是高于直流母線的電壓或者說(shuō)低于零電壓，在這兩種情況下使得不導(dǎo)通相的上下橋臂二極管導(dǎo)通，使其有電流流過(guò)，從而便得到了轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)。1.4本章小節(jié)本章簡(jiǎn)單回顧了直流無(wú)刷電機(jī)的發(fā)展過(guò)程,針對(duì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用空間;概述了無(wú)刷直流電機(jī)的大致結(jié)構(gòu)和位置檢測(cè)技術(shù);說(shuō)明了帶位置無(wú)傳感器運(yùn)行和位置傳感器運(yùn)行兩種控制方式,以及無(wú)傳感器控制中常用的一些起動(dòng)方法;最后,在闡明課題意義的同時(shí)又對(duì)本文的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了介紹，本文下屬分析主要是基于反電勢(shì)法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置來(lái)研究的。第二章直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理2.1輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)本文介紹輪轂電機(jī)為永磁無(wú)刷電機(jī)，采用23對(duì)極和51槽的結(jié)構(gòu)，下面是對(duì)輪轂電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)給出的視圖結(jié)構(gòu)和外形。（定子的結(jié)構(gòu)）（轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)）（輪轂電機(jī)外形）（無(wú)刷輪轂電機(jī)）無(wú)刷輪轂電機(jī)參數(shù)參數(shù)參數(shù)值及單位無(wú)刷輪轂電機(jī)參數(shù)極對(duì)數(shù)P23槽數(shù)Qs5151軸向長(zhǎng)度I40mm氣隙長(zhǎng)度g0.3mm槽口寬度bo2mm定子外徑Rs99mm永磁體厚度hm2.5mm剩磁密度Br1.17T相對(duì)磁導(dǎo)率ur1.03極孤系數(shù)ap0.89每相繞組串聯(lián)匝數(shù)W682.2直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)分析根據(jù)直流無(wú)刷電機(jī)反電勢(shì)的特點(diǎn)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式有兩種最基本的運(yùn)行方式-無(wú)刷交流和無(wú)刷直流運(yùn)行。圖1直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)圖2無(wú)刷直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖3無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖2.2.1電機(jī)本體與傳統(tǒng)電機(jī)相比，無(wú)刷直流電機(jī)的永磁材料安裝在轉(zhuǎn)子上，定子是一種三相繞組，并且運(yùn)用了輪轂電機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)無(wú)刷的蛻變。繞組的連接方式分為星型連接和三角形連接，分別和換相電路中的功率開(kāi)關(guān)連接。直流無(wú)刷電機(jī)在本質(zhì)上是一種反電勢(shì)方波的永磁同步電機(jī)。圖4直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子形式2.2.2無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型這是一種兩相導(dǎo)通星型三相6狀態(tài)為例子，忽略齒槽以及換相過(guò)程和電樞反應(yīng)的影響，不計(jì)磁滯損耗和渦流損耗，電機(jī)磁路不飽和，可以得到下述電壓平衡方程式2-1（2-1）式中：L=Ls-M；Ua、Ub、Uc—三相繞組相電壓；Ls—三相繞組自感；ia、ib、ic—三相繞組相電流；M—繞組間的互感；Ea、Eb、Ec—三相繞組的相反電動(dòng)勢(shì)；R—繞組電阻；永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是定子繞組中流過(guò)的電流和和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互的作用而產(chǎn)生的，定子繞組中的電磁轉(zhuǎn)矩公式為：（2-2）其機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程是：（2-3）Tem為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；w為電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。從以上結(jié)果可以得知,如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)去了一電角度,逆變器就會(huì)產(chǎn)生換流,這個(gè)過(guò)程發(fā)生在開(kāi)關(guān)管之間，定子上的磁場(chǎng)也會(huì)隨之發(fā)生變化。通過(guò)比較分析得出電機(jī)一共有6個(gè)狀態(tài),每一個(gè)狀態(tài)都是兩個(gè)相之間導(dǎo)通的,每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)三分之二π角度就等于每相繞組流過(guò)電流的時(shí)間，導(dǎo)通角為1200度。2.3直流無(wú)刷輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)位置傳感器此類電機(jī)中常用的位置傳感器有：磁敏式、電磁式、光電式等[12]。2.3.1磁敏式位置傳感器磁敏二極管、磁敏電阻、霍爾元件、霍爾集成電路等組成了這種傳感器，當(dāng)變化的磁場(chǎng)對(duì)它產(chǎn)生影響時(shí)，敏磁半導(dǎo)體的輸出過(guò)程就是將磁信號(hào)處理為電信號(hào)，這類傳感器重量輕、尺寸小、制造簡(jiǎn)便成本低，已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用。2.3.2電磁式位置傳感器這種傳感器的是利用電磁效應(yīng)的原理來(lái)檢測(cè)位置的，它可以是由鐵磁諧振電路、接近開(kāi)關(guān)、開(kāi)口變壓器等構(gòu)成。特點(diǎn)是輸出信號(hào)穩(wěn)定，可以直接驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)，由于它輸出的信號(hào)是交流信號(hào)，只有通過(guò)整流的收留整流直流才能使用，而且它還有許多非常明顯的缺點(diǎn)，比如它的體積大、制造復(fù)雜，現(xiàn)如今這種位置傳感器已經(jīng)被淘汰了。2.3.3光電式位置傳感器光電式位置傳感器的組成-一塊轉(zhuǎn)動(dòng)的遮光板、穩(wěn)定的光源和光敏晶體管等部件。隨著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，到一定位置時(shí)遮光板打開(kāi)，光源照射到光敏晶體管產(chǎn)生了光電效應(yīng)，光信號(hào)變成了電信號(hào)然后輸出。這種測(cè)量方式不需要相互接觸-隔離、輕便并且可靠，得到了廣泛的應(yīng)用。電機(jī)內(nèi)部沒(méi)有位置傳感器，通過(guò)軟硬件檢測(cè)間接的獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制，這就是無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制。2.4導(dǎo)通方式2.4.1兩兩導(dǎo)通方式當(dāng)繞組在這種方式運(yùn)行時(shí)，任何一個(gè)時(shí)刻都會(huì)出現(xiàn)兩相繞組導(dǎo)通并且第三相繞組處于斷開(kāi)狀態(tài)的情況。兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通情況也是根據(jù)逆變器的上下橋臂確定的，每當(dāng)電角度走過(guò)120度，在60度的時(shí)刻便需要進(jìn)行切換。導(dǎo)通順序?yàn)椋篤T6、VT1；VT1、VT2；VT2、VT3；VT3、VT4；VT4、VT5；VT5、VT6；VT6、VT1；……由于每相繞組都是和兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件連到一起的，每個(gè)元件各導(dǎo)通120°電角度，按照每個(gè)相的電流波形、反電動(dòng)勢(shì)波形以及每個(gè)時(shí)刻各功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)的波形得出導(dǎo)通的相的電流大小相等、方向卻都是不同的，而不導(dǎo)通的相電流一直為0，而且該相的反電動(dòng)勢(shì)在這個(gè)階段必過(guò)0點(diǎn)。直流無(wú)刷電機(jī)的反電勢(shì)法控制正是以這種遠(yuǎn)離為參照才可以得出的，即檢測(cè)不通電相的反電勢(shì)信號(hào)，在過(guò)0點(diǎn)的那一瞬間，轉(zhuǎn)子的直軸和這個(gè)相是重合在一起的，適當(dāng)?shù)匮舆t推后30°電角度并按照功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通順序進(jìn)行換相的操作。所以說(shuō)，只要得知各相繞組的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，就肯定能夠確定轉(zhuǎn)子的換相的點(diǎn)了。圖5直流無(wú)刷電機(jī)相電流、反電勢(shì)和功率開(kāi)關(guān)器時(shí)序圖工作原理：電源正極->VT6->A相繞組->B相繞組->VT1->電源負(fù)極，這種狀態(tài)維持60°后換相，VT6斷開(kāi)而VT2導(dǎo)通，這時(shí)的導(dǎo)通相是A和C，A相流入電流，又從C相流出。同樣，以上述狀態(tài)又持續(xù)60°電角度后，再次換相，VT1斷開(kāi)而VT3導(dǎo)通，這時(shí)的導(dǎo)通相變?yōu)榱薆和C，B相流入電流，又從C相流出。當(dāng)上述情況再次持續(xù)不變經(jīng)過(guò)60°電角度后又進(jìn)行換相，這時(shí)VT2斷開(kāi)而VT4導(dǎo)通，B、A導(dǎo)通，B相流入電流，A相流出。同理，當(dāng)60°電角度后，VT3斷開(kāi)而VT5導(dǎo)通，C和A兩相導(dǎo)通，C相流入電流而A相流出。60°電角度后，VT4斷開(kāi)而VT6導(dǎo)通，C和B兩相導(dǎo)通，C相流入電流B相流出。每過(guò)60度電角度，依次按照上述導(dǎo)通順序進(jìn)行導(dǎo)通，電流的方向也依次發(fā)生變化，直到回到最初的狀態(tài)，再重新開(kāi)始不停的循環(huán)。2.4.2三三導(dǎo)通方式當(dāng)直流無(wú)刷電機(jī)三三導(dǎo)通方式進(jìn)行控制的時(shí)候，在任何一個(gè)時(shí)刻都有不處于一個(gè)相的三個(gè)功率開(kāi)關(guān)是保持導(dǎo)通的，還要保證任意一個(gè)元件都是180°電角度導(dǎo)通，所以其三相繞組不論處于何時(shí)都是通電狀態(tài)，而且每相繞組的正反向?qū)ǚ謩e呈180°電角度。三三導(dǎo)通方式1個(gè)電氣周期也有6個(gè)狀態(tài)，這一點(diǎn)和兩兩導(dǎo)通差不多，功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通順序是：VT5、VT6、VT1；VT6、VT1、VT2；VT1、VT2、VT3；VT2、VT3、VT4；VT3、VT4、VT5；VT4、VT5、VT6；VT5、VT6、VT1...繞組的通電方式和合成電磁轉(zhuǎn)矩也和兩兩導(dǎo)通工作方式一樣，可以參考兩兩運(yùn)行方式進(jìn)行分析。三個(gè)相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)合成形成了最后的轉(zhuǎn)矩。假設(shè)VT6、VT1、VT2導(dǎo)通時(shí)，直流電流經(jīng)過(guò)VT1從A相流入電機(jī)，經(jīng)過(guò)B相繞組從VT6流入，經(jīng)過(guò)C相繞組并從VT2流了出去，并聯(lián)繞組就是這樣形成的，使得b和c兩相的相電流僅僅只有為A相的相電流的二分之一。這個(gè)時(shí)候，A相單獨(dú)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向就是合成轉(zhuǎn)矩的方向，A相轉(zhuǎn)矩的振幅是它的三分之二倍，如圖6所示。經(jīng)過(guò)60電角度后，電流從VT6換流至VT3。需要注意的是換流的時(shí)候必須保證功率開(kāi)關(guān)先斷開(kāi)再開(kāi)通，可以預(yù)防同一相兩個(gè)橋臂的功率開(kāi)關(guān)在同一時(shí)間導(dǎo)通而造成短路，VT1、VT2、VT3全部導(dǎo)通后，電流經(jīng)過(guò)VT1和VT3流入并聯(lián)電路，然后流過(guò)C的相繞組，最后通過(guò)VT2流了出去。這時(shí)，A相單獨(dú)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方向剛好轉(zhuǎn)過(guò)了60°電角度，所以合成轉(zhuǎn)矩的方向同A相一樣經(jīng)過(guò)60度，它們C相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向正好相反，但是幅值仍為單相轉(zhuǎn)矩的2分之3倍。按照這個(gè)規(guī)律按照發(fā)展，合成轉(zhuǎn)矩矢量如圖7所示。合成轉(zhuǎn)矩的幅值有不相同的地方之外，生成轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)和前面敘述的兩兩導(dǎo)通方式是相同的。第三章直流無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)3.1反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)直流無(wú)刷電機(jī)無(wú)位置傳感器控制中轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)是一個(gè)非常值得研究的的問(wèn)題，幾種無(wú)位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法在緒論中已經(jīng)簡(jiǎn)單進(jìn)行了介紹，其中反電勢(shì)檢測(cè)的方法在實(shí)際的工程中到得了廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗目刂扑惴ê?jiǎn)單、軟硬件容易實(shí)現(xiàn)。反電勢(shì)檢測(cè)的方法又分為端電壓檢測(cè)法、相電壓檢測(cè)法、線反電勢(shì)法、直接反電勢(shì)法的。下面對(duì)其中的一些方法進(jìn)行介紹。3.1.1反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的原理無(wú)位置傳感器控制首當(dāng)其沖的問(wèn)題是能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出六個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，這6個(gè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)在每個(gè)電周期內(nèi)用于電子換相。在直流無(wú)刷電機(jī)中，繞組的反電勢(shì)呈現(xiàn)一種正負(fù)相互變化的規(guī)律，當(dāng)其中一相繞組的反電勢(shì)過(guò)零時(shí)，轉(zhuǎn)子的直軸的位置剛好可以和這個(gè)相繞組的軸線重合到一起，這時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零信號(hào)，就可以估算出轉(zhuǎn)子磁極的具體位置，再經(jīng)過(guò)30°后，這時(shí)就是直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)當(dāng)換相的時(shí)刻。然后根據(jù)功率管的導(dǎo)通的順序來(lái)觸發(fā)相應(yīng)的功率管，便可以實(shí)現(xiàn)直流無(wú)刷電機(jī)的換相操作了，在操作過(guò)程中還要保證電機(jī)按以定的方向連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn)，這個(gè)方向是根據(jù)實(shí)際情況具體來(lái)定的。在現(xiàn)實(shí)的操作中，不導(dǎo)通的相的反電勢(shì)不容易被直接測(cè)量出來(lái)，所以我們通過(guò)其他辦法來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。這里采取檢測(cè)其他參數(shù)的方法，這樣依然可以得到反電勢(shì)信號(hào)和反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)了。3.1.2端電壓法這種是120。導(dǎo)通方式驅(qū)動(dòng),任意時(shí)刻逆變器的一個(gè)相的繞組總是處于懸空狀態(tài)的。這個(gè)懸空的相繞組,它的相電壓和它的感應(yīng)電勢(shì)是相等的,氣隙的合成磁場(chǎng)產(chǎn)生了這種感應(yīng)電勢(shì)。直流無(wú)刷電機(jī)也存在電樞反應(yīng),,所以它的氣隙合成磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子磁鋼勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)磁場(chǎng)共同作用。電樞反應(yīng)需要穿過(guò)氣隙和轉(zhuǎn)子的磁鋼,它產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁勢(shì)非常小，因?yàn)檫@兩者的磁導(dǎo)率不高，與此同時(shí)，電樞反應(yīng)的磁勢(shì)比較大。因此,可以近似的認(rèn)為繞組中的感應(yīng)電勢(shì)和反電勢(shì)是相等的。根據(jù)以上分析，可以得到,當(dāng)相繞組懸空的期間，繞組反電勢(shì)就在這個(gè)時(shí)候通過(guò)零點(diǎn)。但是大部分無(wú)刷直流電機(jī)都沒(méi)有中心點(diǎn)引出線,所以相電壓不容易檢測(cè),但是隨著“端電壓法”的出現(xiàn),這個(gè)問(wèn)題便被解決了，所謂端電壓是指繞組端部至電源地之間的電壓，可以通過(guò)下式來(lái)表示：（3-1）結(jié)合端電壓法的意義，三相繞組的端電壓平衡方程的矩陣表達(dá)式如下：（3-2）a相和c相導(dǎo)通，b相若懸空，ia=ic，方向相反，ib=0，此時(shí)：Ub=eb+un（3-3）eb=Ub-un（3-4）以此類推：ea=Ua-un（3-5）ec=Uc-un（3-6）所以：Ua+Uc=ea+ec+2un（3-7）代入eb=Ub-un得到：eb=Ub-0.5（Ua-Uc）（3-8）同理課的a相和c相的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)方程是：（3-9）上述這些方程式式表達(dá)了各相反電動(dòng)勢(shì)與各相端電壓的聯(lián)系。檢測(cè)到每個(gè)端電壓后利用計(jì)算得出過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。3.1.3相電壓法當(dāng)我們對(duì)三相六狀態(tài)的直流無(wú)刷電機(jī)工作原理進(jìn)行分析時(shí)能夠看出，這種電機(jī)的任意一相繞組都是具有3種狀態(tài)的：繞組和直流電源正極連接，有正電流流入；繞組與直流電源負(fù)極連接，有負(fù)電流流出；繞組不和直流電源任何一極連接，這時(shí)無(wú)論繞組是什么狀態(tài)都不導(dǎo)通。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，三相繞組每個(gè)繞組便會(huì)各自對(duì)應(yīng)一種狀態(tài)。這個(gè)時(shí)候，不導(dǎo)通相的相電勢(shì)和它的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等。無(wú)刷直流電機(jī)三相繞組的相電壓方程為：（3-10）Uan、ubn、ucn是電機(jī)繞組的輸出端。a、b、c三點(diǎn)是電機(jī)中性點(diǎn)n的電壓，即為相電壓。若假設(shè)b相是懸空繞組，其繞組電流是0。假設(shè)b相不導(dǎo)通時(shí)，電壓平衡方程如下：Ubn=eb（3-11）檢測(cè)依據(jù)就是它的相電壓等于它的反電勢(shì)，所以在繞組不導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)就可以得到過(guò)零點(diǎn)。3.2電感法第一種方法是在電機(jī)運(yùn)行中對(duì)電機(jī)施加電壓觀察其電感來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。在凸極式直流無(wú)刷輪轂電機(jī)中，通過(guò)檢測(cè)繞組自感的變化，就可以判斷出轉(zhuǎn)子軸線的大概在哪了，然后觀察鐵心飽和度的變化趨勢(shì)確定它的極對(duì)數(shù)，從而得到準(zhǔn)確的位置信號(hào)[17]。電感法的難度比較大并且應(yīng)用比較窄，一般都是對(duì)凸極式永磁無(wú)刷直流電機(jī)使用，所以應(yīng)用也很不廣泛。第二種方法便是真正意義上的電感法了，在這里進(jìn)行具體分析：在內(nèi)置的直流無(wú)刷輪轂電機(jī)中，轉(zhuǎn)子和電機(jī)繞組電感有對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以這種發(fā)發(fā)就是依據(jù)它們之間的相互關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)繞組電感的變化確定轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)繞組采用星型接法時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)正好處于過(guò)零點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候繞組的中性點(diǎn)電壓橋好等于電源的電壓，所以便能很輕易獲得反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。該方法改善了反電動(dòng)勢(shì)方法的低速性能。但是這種方法也有很多不足，一定要檢測(cè)繞組的電感大小，比較難以實(shí)施。第四章PWM調(diào)制方式和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制4.1PWM調(diào)制方式通過(guò)改變直流無(wú)刷輪轂電機(jī)輸入的端電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，PWM調(diào)制是電機(jī)控制中常用的電壓調(diào)節(jié)方法。對(duì)于兩兩導(dǎo)通下的星型無(wú)刷直流電機(jī)，其常用的PWM調(diào)制方式有以下五種：1.ON_PWM型當(dāng)導(dǎo)通區(qū)間為120。時(shí)，恒通方式包括了導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管的前60°電角度，后60°電角度采用PWM調(diào)制，如下圖：圖62.PWM_ON型當(dāng)導(dǎo)通區(qū)間為120。時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管的前60°電角度采用PWM調(diào)制，后60°電角度為恒通方式，如圖7.圖73.H_PWM-L_ON型當(dāng)導(dǎo)通區(qū)間為120。時(shí)，導(dǎo)通的上橋臂開(kāi)關(guān)管采用PWM調(diào)制，導(dǎo)通的下橋臂開(kāi)關(guān)管為恒通方式，如圖8。圖84.H_ON-L_PWM型當(dāng)導(dǎo)通區(qū)間為120。時(shí)，導(dǎo)通的上橋臂開(kāi)關(guān)管為恒通方式，導(dǎo)通的下橋臂開(kāi)關(guān)管采用PWM調(diào)制，如圖9.圖95、H_PWM-L_PWM型當(dāng)導(dǎo)通區(qū)間為120。時(shí)，導(dǎo)通的上橋臂和下橋臂開(kāi)關(guān)管均采用PWM調(diào)制方式，如圖10.圖104.2PWM調(diào)制方式對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的影響端電壓轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)已經(jīng)在上面做出了分析，端電壓與反電勢(shì)滿足如下關(guān)系,的原理,并推導(dǎo)出在某相繞組懸空期，為詳細(xì)說(shuō)明,以C相繞組懸空為例:(4-1)用這種方法檢測(cè)出來(lái)的轉(zhuǎn)子位置和實(shí)際位置是有誤差的，所以要對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)做出非常詳細(xì)的分析，由此便提出了相應(yīng)消除PWM調(diào)制對(duì)轉(zhuǎn)子位置影響的補(bǔ)償?shù)姆绞健?1)恒通方式Sa=1,Sb=1（4-2）(2)上下橋均采用PWM調(diào)制方式當(dāng)Sa=Sb=1或Sa=Sb=0（4-3）上橋PWM斬波、下橋恒通方式Sa=1或0、Sb=1（4-4）上橋恒通方式、下橋PWM斬波Sa=1、Sb=1或0（4-5）4.2轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制4.2.1轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因在直流無(wú)刷輪轂電機(jī)中，轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁磁場(chǎng)和定子側(cè)電樞繞組中的電流相互作用產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。若是在理想的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩恒定，電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是一直存在的。電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的定義式如下：（4-6）Tmax=最大電磁轉(zhuǎn)矩；Tmin=最小電磁轉(zhuǎn)矩；TN=額定平均電磁轉(zhuǎn)矩；Tr=轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)的起因有以下幾點(diǎn)：1.直流無(wú)刷電機(jī)在制造過(guò)程中，由其工藝的差異可以引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，如摩擦轉(zhuǎn)矩不均勻、性能不一致等等，繞組的電感和電阻等參數(shù)不一致不對(duì)稱，這些原因也可以引起轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。所以可以通過(guò)生產(chǎn)技術(shù)來(lái)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)電機(jī)的影響。電樞反應(yīng)也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)造成影響，而這種影響又可以分為以下方面：(1)氣隙磁場(chǎng)的畸變，因?yàn)殡姌蟹磻?yīng)會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)的不穩(wěn)定從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；(2)電樞反應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)和電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互作用和影響,當(dāng)轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也會(huì)發(fā)生變化3.其他因素使得氣隙磁場(chǎng)和反電勢(shì)波形平頂小于120電角度而引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。4.當(dāng)電流流入每一相引起換相時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也會(huì)因此發(fā)生變化。4.2.2換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的抑制方法根據(jù)上述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因，下面將具體講述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的方法，從以上分析可以得出結(jié)果，無(wú)論在什么過(guò)程中，電機(jī)中性點(diǎn)的電位都發(fā)生了變化，進(jìn)而引起了換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，為了抑制這種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，我們可以使電機(jī)中性點(diǎn)的電位不在發(fā)生任何變化，即在上橋臂換相的過(guò)程中，令Un2=Un1，當(dāng)忽略換相的時(shí)候反電勢(shì)和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，我們可以求出這個(gè)時(shí)候的相反電勢(shì)，利用Un2=Un1，便可以很輕松達(dá)到我們需要的消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果了，這時(shí)候還要注意，要盡量使占空比等于零，這樣可以盡可能的減小換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是我們還要注意的是，只能在換相期間對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)整，如果換相結(jié)束后仍然對(duì)占空比進(jìn)行補(bǔ)償，那么就會(huì)由于電壓過(guò)度補(bǔ)償從而使電流波動(dòng)從而電流脈動(dòng)。所以為了使得這種電壓補(bǔ)償?shù)囊种品椒ǖ靡皂樌麘?yīng)用，必須要測(cè)得電機(jī)換相時(shí)間，知道換相的開(kāi)始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。換相開(kāi)始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻則可以利用母線中點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一個(gè)電機(jī)的中性點(diǎn)，利用端電壓反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)來(lái)檢測(cè)，這樣可以觀察到換相的時(shí)刻。第五章MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)5.1MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是一套操作簡(jiǎn)便可用率高的仿真軟件，它的特點(diǎn)是將數(shù)值分析和圖形處理集于一體，可以很方便的應(yīng)用到數(shù)學(xué)計(jì)算、算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)建模和仿真、數(shù)據(jù)分析和可視化、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)、科學(xué)和工程繪圖等方面，MATLAB之所以被廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗梢院苌鷦?dòng)的展現(xiàn)仿真的魅力，沒(méi)有C語(yǔ)言的那種乏味，是研究者能夠把精力真正放在核心問(wèn)題上，大大提高了工作的效率。在用其進(jìn)行編寫或者求解問(wèn)題時(shí)了解并應(yīng)用下面的方法可以使問(wèn)題更具體，在給定了程序語(yǔ)言時(shí)利用其可以很方便的得出仿真波形：數(shù)學(xué)計(jì)算；算法開(kāi)發(fā)；數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)建模和仿真；數(shù)據(jù)分析和可視化；科學(xué)和工程繪圖；應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。而MATLAB由以下幾方面組成：開(kāi)發(fā)環(huán)境：由一系列工具組成，可以很方便的幫助我們搜索文件，導(dǎo)入文件等。MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)：這個(gè)函數(shù)庫(kù)包含了從正余弦、矩陣變化的簡(jiǎn)單函數(shù)到傅里葉變換等復(fù)雜的函數(shù)。MATLAB語(yǔ)言：由一些函數(shù)、矩陣和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，可以編寫比較復(fù)雜的程序。圖形處理：可以將一些復(fù)雜的程序仿真成數(shù)電圖，然后通過(guò)輸入采樣時(shí)間或其他數(shù)據(jù)得出很重要的波形圖：并且可以作一些二維或是三維的圖像或是動(dòng)畫。MATLAB應(yīng)用程序接口：這個(gè)應(yīng)用程序允許用戶編寫一些程序，這個(gè)程序可以是在C語(yǔ)言和Matlab中交互使用的。5.2系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)基于端電壓檢測(cè)的系統(tǒng)控制框圖，在軟件MATLAB環(huán)境下，建立其仿真實(shí)驗(yàn)圖，這個(gè)系統(tǒng)采用了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)。檢測(cè)到了反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，將檢測(cè)到的端電壓和檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子速度輸入這個(gè)系統(tǒng)，作為輸入端，結(jié)合系統(tǒng)的控制框圖，如圖11所示。仿真系統(tǒng)中將一些控制單元進(jìn)行了模塊化處理。在仿真系統(tǒng)中ZCPmeasurement是依照端電壓法的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)模塊，其作用是將電機(jī)的三相電他和直流母線中點(diǎn)比較；PWMGenerator模塊是整個(gè)系統(tǒng)控制的核心部分，它生成PWM調(diào)制信號(hào)，直接控制功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與否，從而更進(jìn)一步直接控制直流無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行；Three-phasedioderectifier是三相整流模塊，輸入60HZ220V的交流電，輸出311V的直流電，這個(gè)直流電有利于直流母線的整流和輸出，便于電流環(huán)的控制。圖11MATLAB環(huán)境直流無(wú)刷電