電流滯環(huán)跟蹤控制的永磁無刷直流電機回饋制動的研究

摘 要： 對電流環(huán)采用電流滯環(huán)跟蹤控制技術(shù)的無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了研究，提出了電流反相控制回饋制動方式，即通過控制電機相反電勢和相電流的相位關(guān)系來控制電機運行狀態(tài)的控制方法，將電機在正向電動、正向制動、反向電動、反向制動四種運行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來。仿真實驗表明，該系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能好，其控制策略具有實現(xiàn)簡便、可靠性高的特點，適合于無刷直流電機在電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： 無刷直流電機；滯環(huán)跟蹤；回饋制動

電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的關(guān)鍵組成部分，其性能和效率決定了整車性能的優(yōu)劣。永磁無刷直流由于具有轉(zhuǎn)矩密度高、體積小、控制方便、調(diào)速性能好、直流供電等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的電氣制動方式有能耗制動和反接制動，這兩種制動方式所產(chǎn)生的熱量以熱的形式散失掉，得不到回收利用。而回饋制動可以將電能回饋到蓄電池而不是消耗掉，因此回饋制動方式可大大延長電動汽車的單次充電行駛里程。蓄電池供電的無刷直流電機（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)與其他類型的電機調(diào)速系統(tǒng)相比，能夠方便地實現(xiàn)回饋制動。
　無刷直流電機特殊的應(yīng)用場合和要求決定了長期以來對無刷直流電機控制的研究主要致力于減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高調(diào)速性能和運行穩(wěn)定性；但對無刷直流電機四象限穩(wěn)定運行，尤其是對回饋制動的研究則相對較少。隨著無刷直流電機在電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對其四象限運行控制的研究尤其是回饋制動的研究越來越受到重視。參考文獻[1-3]研究了無刷直流電機回饋制動的控制方法，并在電動汽車上進行了實驗研究。這些研究均采用對逆變橋的開關(guān)管進行PWM控制的方式，電機的電動和回饋制動在控制方式上不統(tǒng)一，存在較大差別。因此，有必要對無刷直流電機回饋制動的控制進行深入研究，尋找四象限運行下控制方式統(tǒng)一且簡單可靠的控制策略。為此，本文提出了電流反相控制回饋制動方式，即通過控制電機相反電勢和相電流的相位關(guān)系來控制電機運行狀態(tài)的控制思想，將電機在正向電動、正向制動、反向電動、反向制動四種運行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來。
1 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成與控制方式
　無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要由蓄電池及逆變電路、無刷直流電機、系統(tǒng)控制單元等幾部分組成。圖1為蓄電池、功率逆變電路以及無刷直流電機的電路連接圖。無刷直流電機運行時，定子繞組產(chǎn)生的反電勢的波形為梯形波，三相之間互差120°電角度。為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，使電機穩(wěn)定運行，應(yīng)合理控制三相繞組相電流的波形和相位。傳統(tǒng)的控制方式下，電機電動運行時，相電流的導(dǎo)通方式采用兩兩通電、120° 導(dǎo)通方式，即每個時刻都有兩個功率管導(dǎo)通，每個功率管導(dǎo)通時間均為120° 電角度，每1/6周期換相一次。圖2為電機正向電動和反向電動運行下三相電流和三相反電勢的波形及相位關(guān)系。