无刷直流电动机系统波动力矩的抑制方法
王 强 孙 力 陆永平（哈尔滨工业大学150001）
摘 要 介绍几种抑制无刷直流电动机系统波动力矩的主要方法，并对这些方法进行比较。
叙 词 无刷直流电动机波动力矩抑制
1 引 言
无刷直流电动机系统具有良好的控制特性、大的峰值力矩和高可靠性等优点，因而在高精度位置和速率系统中得到了广泛的应用，对于这类高精度系统，波动力矩是一项重要指标，影响着速率和位置精度，因此抑制无刷直流电动机系统的波动力矩具有重要的意义，本文对抑制波动力矩的方法进行了分类介绍。
2 波动力矩的几种主要抑制方法
无刷直流电动机系统的波动力矩可分为两种成分，即电磁波动力矩和齿槽波动力矩，对于表面磁钢无刷直流电动机系统，通过齿极配合和采用分数槽绕组结构，可以充分抑制齿槽波动力矩，波动力矩的主要成分是电磁波动力矩。电磁波动力矩主要是无刷直流电动机系统三相电流和反电势的恒定分量偏差、幅值偏差、相位偏差以及谐波成分产生的。根据波动力矩来源于电流和反电势偏差这一特点，可将抑制波动力矩的各种方法作如下分类。
谐波消去法
力矩前馈法
力矩反馈法
直接力矩反馈法
间接力矩反馈法
磁场正弦化设计法
2.1谐波消去法
根据电磁波动力矩的产生原理，文献[1]首先提出了必须根据气隙磁密波形决定绕组电流波形，以消除电磁波动力矩，即谐波消去法。其主要的目的是消除电流和反电势谐波成分产生的波动力矩，其基本原理如下：
当无刷直流电动机系统电流或反电势含有谐波分量时，系统的平均电磁力矩和谐波力矩可表示为：
根据测得的或计算而得的各次电势谐波成分，即可求解出****电流波形的各次谐波，从而得到了****电流波形，用它作为相电流参考信号，以抑制反电势谐波产生的波动力矩，文献[2]首先给出了这种方法的完整描述，文献[3]介绍了获取/mk的各种方法，原理上并没有什么变化。文献[4]计算了不同定子电流对/mk的影响，根据定子电流的数值，考虑电枢反应对电势谐波的影响，进而计算出该电流下的/mk。
仿真和实验研究表明，谐波消去法抑制较大的电势谐波产生的波动力矩较为明显，或者只可将波动力矩抑制于一定的水平。这是因为，该方法对电流调节器的带宽有较高的要求，正常情况下，电流调节器无法使相电流完全复现电流指令中的各次谐波成分，因此，谐波消去法的作用是有限的。
2.2力矩前馈法
力矩前馈法是谐波消去法的发展，谐波消去法本质上是一种开环方法，力矩前馈法与谐波消去法依据相同的原理，即用电流的谐波成分消除电势谐波成分产生的波动力矩。与谐波消去不同，力矩前馈法是一种实时、在线补漏方法。
图1是一种典型的用力矩前馈补偿方法抑制波动力矩的系统的原理图，其基本原理是，建立反电势或力矩观测器，由同步旋转参考坐标系下的状态方程估计出电势或力矩的谐波成分，根据电势或力矩谐波计算出电流指令i和i中应包含的谐波成分，控制三相电流产生相应的谐波成分，抑制波动力矩。
力矩前馈法比较复杂，对采样、检测电路的精度要求较高，需要快速的数字信号处理 器，实现困难，其方法和技术尚不成熟，仍处反馈方法抑制波动力矩的于研究阶段，文献报道也较少[5]。
2.3力矩反馈法
力矩反馈方法是以瞬时力矩作被控量，根据获取的反馈力矩信号实现对瞬时力矩的直接控制，因此也称之为瞬时力矩控制 |
