无刷直流电机无位置传感器起动控制与逆变器故障诊断研究

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无刷直流电机具有结构简单、维护方便、调速性能好、运行效率高等优点，广泛应用于商业、工业、航空航天等领域。本文对无刷直流电机无位置传感器起动控制技术、驱动系统逆变器开路故障诊断方法，以及无刷直流电机在电动自行车中的应用等进行了深入研究，主要成果如下：
　　（1）提出一种转子初始位置检测方法。分析了无刷直流电机在施加电压矢量过程中，电流、电压、电感等参数的变化规律，建立了非导通相端电压变化趋势与导通相绕组电感比值、导通相绕组电感比值与转子初始位置之间的关系。在此基础上提出了一种向电枢绕组施加三个电压矢量，分别检测各电压矢量下非导通相端电压的变化趋势，将转子初始位置估计在60°范围内的方法。当转子位于临界扇区时，结合转子所需的运动方向判断其所在扇区。实验结果验证了该方法的有效性。
　　（2）针对无位置传感器无刷直流电机起动性能易受负载影响的问题，提出了一种基于直接反电势的闭环起动方法。分析了加速过程中依据非导通相端电压进行换相的原理，提出了换相点端电压阈值的确定方法。加速过程中，在PWM周期中的ON时刻采样非导通相端电压，并与设定的阈值进行比较来确定换相点；自同步运行状态下，通过非导通相反电势过零点延迟30°来确定换相点。该方法实现了电机起动过程中位置的闭环控制，在变负载条件下均能顺利起动。实验结果表明了所提方法的有效性。
　　（3）针对H-PWM_L-ON和H-ON_L-PWM两种调制方式下的无刷直流电机驱动系统逆变器的开路故障，提出了一种在线诊断方法。通过分析逆变器在正常工作与开路故障两种状态下导通相绕组的线电压，将PWM周期内ON与OFF时的线电压差值作为故障检测的特征量，综合相邻两个工作模式下的故障状态定位出具体的开路功率管。利用AD分时复用策略，实现低成本的线电压差估计。最大诊断时间为1个电周期。该方法采用电压型特征量，诊断结果不受开环、闭环控制等策略的影响。实验结果表明了所提方法的有效性。
　　（4）研究了无刷直流电机在电动自行车中的应用。为提高电动自行车用无刷直流电机控制系统无位置传感器控制性能、降低转矩脉动、提高运行可靠性，研发了双模电动自行车控制系统。设计了两种无位置传感器控制方法：基于比较器的反电势转子位置检测法、基于AD采样的直接反电势转子位置检测法，及对应的起动控制策略；设计了一种双模自动切换方法；设计了一种基于母线电流的换相转矩脉动抑制方法；提出了一种智能识别霍尔位置传感器信号与绕组对应关系的方法。

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作者
王强;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科测试计量技术及仪器
授予学位博士
导师姓名王友仁;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 U484.03;
关键词
电动自行车; 无刷直流电机; 无位置传感器; 起动控制; 逆变器; 故障诊断;

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