关键词：无刷直流电机;;传感器信息融合;;电机转子位置估计;;霍尔位置传感器故障诊断;;母线电流纹波抑制
摘 要：本文以建立高性能的深海机械臂关节无刷直流电机驱动系统为目标,结合深海环境因素,确定系统结构。通过信息融合方法提升系统位置传感器的检测能力。为了保证系统可靠工作以及位置传感器信息融合方法的正确使用,对霍尔位置传感器故障诊断进行研究,最后研究了承压式电机驱动系统的母线电流纹波抑制方法,最终达到了提升系统性能的目的。建立深海机械臂关节无刷直流电机驱动系统。结合驱动系统前后级位置传感器的结构特点及其检测特点,完成对无刷电机侧霍尔位置传感器和输出侧旋转变压器信息融合方法的研究。通过信息融合提高电机转子位置估计方法的估计精度和可信度,另一方面信息融合方法还能够提升关节输出轴的检测精度,达到提升系统定位精度的目的。霍尔位置传感器无故障工作是进行前后级位置传感器融合的必要条件,更是电机驱动系统正常运行的必要条件。对霍尔位置传感器的故障诊断展开研究。分析霍尔位置传感器边沿信号隐含的电机状态信息,提出基于霍尔信号边沿检测的故障诊断方法。该方法基于简单逻辑运算,能够在一个电周期内确定故障霍尔位置传感器的位置和故障类型,有利于关节电机驱动系统更可靠的工作。母线电容是电机驱动系统中的重要组成部分。考虑深海环境因素,选择膜电容作为逆变器的直流母线电容。然而膜电容器的比容量较低且驱动系统体积有限,母线电容的电容量难以完全消除电流纹波的影响,不利于驱动系统可靠工作。该部分主要研究小电容情况下的母线电流纹波抑制方法。分析电流纹波来源,计算最优电容值吸收PWM高次电流纹波,同时采用十二拍换相控制策略对换相电流纹波进行抑制。由此降低了母线电流纹波含量,使系统能够在高压强环境下稳定工作。在原理分析和仿真验证的基础上,完成深海机械臂关节电机驱动系统的设计及实验平台的搭建。通过实验验证驱动系统基本功能和上述各种方法的可行性。
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