永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术研究

【摘要】： 永磁无刷直流电机凭借转矩密度大、效率高、噪音低等优点在工业控制和日常生活中得到广泛应用。为了降低其换相转矩脉动、改善运行性能,本文主要在电机设计、无位置传感器控制及抑制转矩脉动的换相策略等三个方面进行了相关研究。 首先,本文研究了电机结构参数对换相转矩脉动的影响,以反电势波形平顶宽度作为衡量标准定量分析了气隙磁场及绕组结构对换相转矩的影响。为了同时对多个目标进行优化,本文将模糊控制器应用于小生境遗传算法,提出了基于模糊小生境算法的电机优化设计技术,实现了参数自适应调节,改善了算法的稳定性和收敛速度,提高了电机的效率,减小了换相转矩脉动。 其次,本文在给出换相转矩脉动数学定义的基础上,推导出了换相转矩脉动与换相时刻间的函数关系,以换相转矩脉动最小为目标求解最佳换相时刻,推导出“线反电势过零时刻即对应最佳换相时刻”的结论,并据此提出了基于卡尔曼滤波算法的永磁无刷直流电机无位置传感器控制策略。此外,针对控制过程中采样、运算和执行环节造成的延迟,本文给出了补偿措施。 最后,本文分析了反电势、换流过程和PWM控制对换相转矩脉动的影响,指出导通相的提前开通能够有效削弱换相转矩脉动。同时,在总结最佳超前导通时刻与稳态电流幅值和端电压幅值间关系的基础上,采用模糊控制在线确定最佳超前导通时刻。仿真和实验结果证明该换相策略有效地抑制了电机的换相转矩脉动,具有较高的工程实用价值。