【摘 要】
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永磁无刷直流电机(BLDCM)因其高功率密度、高转矩密度和控制简单等优点,广泛应用于家用电器、新能源汽车、电动工具等领域,其控制方法一直是研究热点。本文针对无刷直流电机转矩脉动抑制和无刷直流电机的无感控制展开研究,文章主体内容安排有以下几个方面:传统永磁无刷直流电机控制采用方波或者脉宽调制(PWM)波形驱动,因换相时刻的不准确和加工工艺导致的反电动势波形不规整,不可避免的会有电磁转矩脉动的产生,对
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永磁无刷直流电机(BLDCM)因其高功率密度、高转矩密度和控制简单等优点,广泛应用于家用电器、新能源汽车、电动工具等领域,其控制方法一直是研究热点。本文针对无刷直流电机转矩脉动抑制和无刷直流电机的无感控制展开研究,文章主体内容安排有以下几个方面:传统永磁无刷直流电机控制采用方波或者脉宽调制(PWM)波形驱动,因换相时刻的不准确和加工工艺导致的反电动势波形不规整,不可避免的会有电磁转矩脉动的产生,对电机运行平稳度和噪音抑制都有影响。本文结合电机电流电压数学模型,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,通过基本空间电压的矢量计算产生空间矢量,最终能在绕组线圈上产生比较规整的三相正弦波电流。同时舍弃了传统基于PI调节的控制系统,采用基于模型预测调节的无刷直流电机矢量控制系统,简化设计难度,同时提高了电机转速和转矩响应。实验表明,采用SVPWM控制模式的BLDCM控制系统,能够有效的抑制电机周期性的转矩脉动。以电机在1500RPM转速下的工况为例,采用相同的控制策略,方波驱动的电机转矩波动幅度为△TL=2Nm,而SVPWM控制的电机转矩波动幅度△TL在1.2Nm以内,证明了SVPWM进行转矩脉动抑制的可行性。针对无刷直流电机中高速运行阶段的无感控制策略,本文采用滑模观测器对电机转速和转子位置进行实时监测,针对滑模观测器固有的系统抖振问题做出优化,采用反正切函数取代传统的开关函数作为滑模观测器的切换函数,能够在一定程度上抑制系统的高频噪声,从而减少系统抖振的影响。使用永磁无刷直流电机在αβ坐标系下的电流方程和反电动势方程结合滑模观测器的稳定条件,构造电机转速估计的滑模观测器模块,该模块可以实现采集电机稳定运行时各相电流,计算出转子角度和转速。在Simulink上的仿真表明,在中速运行(800RPM)工况下,滑模观测器能够有效地对电机转子的位置和转速进行估计。采用滑模观测器取代位置传感器对转子位置进行估计,构造基于滑模观测器的永磁无刷电机矢量控制模型,电机能够根据滑模观测器返回的转子位置信息平稳运行,800RPM的转速下,转速误差不超过10RPM,相对误差不超过1.2%。
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