基于Buck-Boost变换器的无刷直流电机转矩脉动抑制的仿真研究

【摘要】： 永磁无刷直流电机由于既有直流电机的运行效率高、无励磁损耗、调速性能好等优点,又有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点,因此得到了广泛地应用。然而,转矩脉动的问题却影响着它在高性能要求的伺服系统中的应用,所以转矩脉动抑制的问题的研究具有很大的实际意义。 首先,本文研究了无刷直流电机的原理,重点围绕无刷直流电机的转矩脉动问题进行分析与讨论,详细分析了转矩脉动的产生机理以及相应的抑制、削弱方法。提出了在无刷直流电机的三相逆变桥的输入端加前级Buck-Boost变换器,通过直流母线电流的反馈闭环控制来抑制电机的转矩脉动的策略。该方法在理论上彻底地消除了无刷直流电机在传导区内的转矩脉动,并使得在瞬间换向区间的电流上升相与电流下降相的电流斜率相平衡,从而有效的削弱了换向期间的转矩脉动。 其次,在仔细研究了Buck-Boost直流变换器原理的基础上,对变换器的控制方法进行了比较,提出了多环控制的方法,提升了变换器的综合性能。并通过MATLAB仿真验证了多环控制方式的有效性,为将其与无刷直流电机相结合奠定了基础。 再次,本文分析了传统的PWM控制方式,指出了它们分别在传导区与换向区对无刷直流电机转矩脉动所造成的影响,通过数学公式的推导,指出了可以通过电路拓扑结构使转矩脉动得到抑制的方法。 最后,在分析无刷直流电机数学模型的基础上,运用MATLAB/SIMULINK对无刷直流电机进行仿真。建立了电机本体模块、电流控制器模块、霍尔信号生成模块、逆变模块。通过仿真结果,证明了该方法的有效性,为实际无刷直流电机的控制提供了新的思路。