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无刷直流电机换相转矩波动抑制与无位置传感器控制研究

王迎发  
【摘要】:无刷直流电机凭其优异的性能在航空航天、工业生产、家用电器以及办公自动化等领域得到了广泛应用。针对无刷直流电机存在的问题及研究现状,本文对无刷直流电机换相转矩波动与无位置传感器控制进行了深入研究。 针对无刷直流电机运行中存在的换相转矩波动,提出了基于有限状态模型预测控制的无刷直流电机换相转矩波动抑制策略。该方法通过对无刷直流电机换相过程和导通状态的分析,根据建立的非换相电流预测模型和价值函数直接选择功率管最优状态,以三种导通状态之间的相互切换保证换相过程中的上升电流和下降电流相匹配。研究结果表明,该方法在整个转速范围内能够有效地抑制无刷直流电机换相转矩波动。 针对无位置传感器控制下的无刷直流电机起动,提出了基于模糊规则的无刷直流电机起动策略。该方法在三段式起动法研究的基础上,分析了换相时刻导通角与电流波形的关系,并得到当绕组换相电流超前、滞后或与反电势一致时,绕组相电流的变化特征,进而在线及时调整无刷直流电机当前导通状态。研究结果表明,该方法提高了无刷直流电机起动的可靠性。 针对相反电势法中存在的问题,提出了基于二阶滑模观测器的无位置传感器控制策略,根据线反电势估计值直接确定无刷直流电机换相点。研究结果表明,该方法能够较好地估计线反电势,对电机参数变化具有较强的鲁棒性,提高了无刷直流电机无位置传感器控制的换相精度。 为提高无刷直流电机调速系统性能,采用自抗扰控制技术分别设计了无刷直流电机控制系统的速度控制器和电流控制器。在速度环中,通过构建扩张状态观测器对负载扰动实时估计、反馈控制及扰动补偿,实现了机械惯性环节动态补偿线性化;在电流环中,构建扩张状态观测器提取线反电势,在动态补偿线性化的同时实现了无刷直流电机无位置传感器控制。研究结果表明,该方法能够较好地实现无位置传感器控制,对负载转矩变化等外界扰动具有较强的抗扰动能力,具有良好的动、静态调速性能。 本文以TI公司DSP芯片TMS320F28335为核心控制器建立了无刷直流电机实验系统,完成了无刷直流电机换相转矩波动抑制与无位置传感器控制等实验内容,对文中的理论分析和控制策略进行了验证。


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