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无位置传感器无刷直流电机转矩脉动的研究

杨庆彧  
【摘要】: 随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的不断提高,无刷直流电机系统在高性能运动控制领域越来越受到重视。无刷直流电机系统具有功率密度大、响应速度快、控制灵活方便、使用安全可靠等突出优点。除此之外,由于没有外部电刷,消除了运行过程中产生火花等现象,所以更适合应用于一些特殊的场合。然而无刷直流电机具有较大的转矩脉动,而对于这些应用场合,转矩平滑通常是基本要求。因此,对无刷直流电机应用必须考虑转矩脉动的抑制问题。 为了抑制传统的三相六状态120o导通方式控制下的方波型无刷直流电机的换相转矩脉动,本文首先在理想反电动势的条件下推导了换相转矩脉动的解析公式,并由此分析了脉宽调制方式、重叠换相技术等对换相转矩脉动的影响,得到了采用脉宽调制和重叠换相技术抑制换相转矩脉动适用的电机转速范围。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条件下,主要受电机转速的影响。根据转速的大小不同,提出了高速区和中低速区的转矩脉动抑制措施。 论文在分析和比较了各种无位置传感器检测技术后,选择使用反电动势过零检测法进行检测,采用三段式起动方式来起动电机。论文设计了基于dsPIC30F6010芯片的控制系统,并对控制系统的硬件和软件设计作了详细介绍。阐述了反电动势过零检测原理和算法以及该算法的软件实现,最后对软件如何实现开环换相起动策略、起动程序设计、实现过零检测的程序设计做了详细探讨。论文在分析了无刷直流电机原理和数学模型的基础上,构建了基于Matlab的无刷直流电机仿真系统。在Matlab/Simulink环境下搭建了无刷直流电机双闭环控制系统的仿真模型并对给定电机模型进行了仿真。最后,本论文对无位置传感器无刷直流电机控制系统的起动、运行实验结果进行了分析。 实验证明论文设计的无位置传感器无刷直流电机数字控制系统能在不同的调制方式下,对转矩脉动的抑制有着不同的功效;同时也证明了本控制系统安全、稳定、实用、可靠。


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