電流滯環(huán)跟蹤控制的永磁無(wú)刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)的研究

摘 要： 對(duì)電流環(huán)采用電流滯環(huán)跟蹤控制技術(shù)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了電流反相控制回饋制動(dòng)方式，即通過(guò)控制電機(jī)相反電勢(shì)和相電流的相位關(guān)系來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制方法，將電機(jī)在正向電動(dòng)、正向制動(dòng)、反向電動(dòng)、反向制動(dòng)四種運(yùn)行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來(lái)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好，其控制策略具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、可靠性高的特點(diǎn)，適合于無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： 無(wú)刷直流電機(jī)；滯環(huán)跟蹤；回饋制動(dòng)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)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(wú)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(diǎn)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的電氣制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)，這兩種制動(dòng)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(dòng)可以將電能回饋到蓄電池而不是消耗掉，因此回饋制動(dòng)方式可大大延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的單次充電行駛里程。蓄電池供電的無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)與其他類型的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，能夠方便地實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。
　無(wú)刷直流電機(jī)特殊的應(yīng)用場(chǎng)合和要求決定了長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制的研究主要致力于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高調(diào)速性能和運(yùn)行穩(wěn)定性；但對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)四象限穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是對(duì)回饋制動(dòng)的研究則相對(duì)較少。隨著無(wú)刷直流電機(jī)在電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)其四象限運(yùn)行控制的研究尤其是回饋制動(dòng)的研究越來(lái)越受到重視。參考文獻(xiàn)[1-3]研究了無(wú)刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)的控制方法，并在電動(dòng)汽車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。這些研究均采用對(duì)逆變橋的開關(guān)管進(jìn)行PWM控制的方式，電機(jī)的電動(dòng)和回饋制動(dòng)在控制方式上不統(tǒng)一，存在較大差別。因此，有必要對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)回饋制動(dòng)的控制進(jìn)行深入研究，尋找四象限運(yùn)行下控制方式統(tǒng)一且簡(jiǎn)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(dòng)方式，即通過(guò)控制電機(jī)相反電勢(shì)和相電流的相位關(guān)系來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制思想，將電機(jī)在正向電動(dòng)、正向制動(dòng)、反向電動(dòng)、反向制動(dòng)四種運(yùn)行狀態(tài)下的控制算法統(tǒng)一起來(lái)。
1 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成與控制方式
　無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由蓄電池及逆變電路、無(wú)刷直流電機(jī)、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(wú)刷直流電機(jī)的電路連接圖。無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)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(jī)穩(wěn)定運(yùn)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(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，相電流的導(dǎo)通方式采用兩兩通電、120° 導(dǎo)通方式，即每個(gè)時(shí)刻都有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每個(gè)功率管導(dǎo)通時(shí)間均為120° 電角度，每1/6周期換相一次。圖2為電機(jī)正向電動(dòng)和反向電動(dòng)運(yùn)行下三相電流和三相反電勢(shì)的波形及相位關(guān)系。