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永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制的控制策略研究

任军军  
【摘要】: 本文的主要研究目标就是采用新的控制策略来抑制永磁无刷直流电机转矩脉动。首先,对永磁无刷直流电机的定义,工作原理,控制方法进行了分析,然后根据永磁无刷直流电机的反电动势波形的不同,对理想方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动,非理想方波反电动势的无刷直流电动机的换相转矩脉动进行了详细的分析,并分别提出了不同的控制策略,对其换相转矩脉动进行抑制。 理想的永磁无刷直流电动机的反电动势的波形是120°平顶的梯形波,在三相六状态120°导通方式控制下,电流由于电机定子电感的存在而不是理想方波,因此产生了换相转矩脉动。本文首先分析了影响理想的方波型无刷直流电机换相转矩脉动的因素,包括:调制方式,直流侧电压,重叠换相角等。并得出结论:永磁无刷直流电机换相转矩脉动的大小在电机确定的条件下,主要受电机转速的影响。根据速度的大小的不同,提出了高速区和中低速区的转矩脉动抑制措施,仿真结果表明这种控制策略能够较好的抑制换相转矩脉动。 非理想反电动势波形的无刷直流电机有两种情况,一种是反电动势的梯形波的平顶宽度小于120°;一种是由于磁场分布受齿槽的影响,反电动势存在齿谐波,使其波形发生畸变。实际中一般是这两种情况都存在。针对这种反电动势波形偏离理想波形的情况,本文提出了一种最优电流跟踪法来抑制转矩脉动。在这种控制方法中首先测量出电机的实际反电动势波形,然后通过计算机拟合和坐标变换,求得产生恒定电磁转矩所需的q轴电流,令i_d~*=i_0~*=0,通过坐标变换,得到三相静止坐标系a-b-c下的参考电流i_a~*,i_b~*,i_c~*,利用电流滞环控制来产生PWM信号,由于这种控制方法中电流不会突变,从而可以较好的抑制转矩脉动。仿真实验表明,这种方法对任意反电动势波形的电机都能较好的抑制转矩脉动。 在本文的最后,介绍了实现的软、硬件系统以及在实现过程中碰到的问题并提出了解决的办法。


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