無刷直流電動機系統波動力矩的抑制方法
王 強 孫 力 陸永平（哈爾濱工業大學150001）
摘 要 介紹幾種抑制無刷直流電動機系統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具有良好的控制特性、大的峰值力矩和高可靠性等優點，因而在高精度位置和速率系統中得到了廣泛的應用，對于這類高精度系統，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，通過齒極配合和采用分數槽繞組結構，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生的。根據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
根據電磁波動力矩的產生原理，文獻[1]首先提出了必須根據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生的波動力矩，其基本原理如下：
當無刷直流電動機系統電流或反電勢含有諧波分量時，系統的平均電磁力矩和諧波力矩可表示為：
根據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，根據定子電流的數值，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，該方法對電流調節器的帶寬有較高的要求，正常情況下，電流調節器無法使相電流完全復現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展，諧波消去法本質上是一種開環方法，力矩前饋法與諧波消去法依據相同的原理，即用電流的諧波成分消除電勢諧波成分產生的波動力矩。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方程估計出電勢或力矩的諧波成分，根據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，需要快速的數字信號處理 器，實現困難，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，根據獲取的反饋力矩信號實現對瞬時力矩的直接控制，因此也稱之為瞬時力矩控制 |
