无刷直流电机反电势定向矢量控制策略研究

发布时间：2020-11-07 12:00

　　 无刷直流电机是采用半导体器件进行换相的,代替了传统直流电机中机械换相方式的机电一体化产物。依靠电力电子、电机技术以及控制算法的进步,无刷直流电机在生产生活中逐渐展现出优势。无刷直流电机通常采用的是三相桥式逆变电路配合两相导通的控制方式,由于电机结构和永磁材料的影响,实际的反电势波形难以做到理想的梯形波,因此在方波电流驱动下两相导通期间势必会产生转矩脉动;同时两相导通方式下的换相期间,电机绕组电感的存在使得换相过程无法瞬时完成,换出相与换入相的电流变化率不同会造成严重的换相转矩脉动。从原理和结构上看,无刷直流电机与永磁同步电机极其相似,其区别在于无刷直流电机的反电势波形是非正弦的。因此,在参考永磁同步电机的矢量控制思想的基础上,结合无刷直流电机的非正弦反电势,本文提出了一种新的矢量合成方法,通过引入一种新的反电势矢量,并借助新反电势矢量定向的d-q坐标系得到了q轴电流与转矩的线性关系,完成了对电机矢量控制系统的构建,实现了无刷直流电机矢量控制的目的。本文首先介绍了无刷直流电机的基本工作原理和常用电路结构,并对无刷直流电机的数学模型进行了介绍。之后对矢量控制及其在永磁同步电机和在无刷直流电机中的应用做出阐述。在对这些进行研究后,本文针对无刷直流电机的非正弦反电势引入了一种新的反电势矢量,通过反电势定向和数学推导得到了转矩与q轴电流是成正比的,避免了矢量控制中坐标变换的复杂计算过程,简化了无刷直流电机的矢量控制策略。根据提出的反电势定向法,以转速-电流双闭环控制方式建立了无刷直流电机的矢量控制系统,并通过仿真和实验对提出的矢量控制方法进行验证。仿真是基于MATLAB的M文件进行的,通过无刷直流电机在不同负载和转速下控制系统的稳定性和准确性的测试,验证本文所提方法的有效性和可行性。之后搭建了以DSP28335为主控芯片的实验控制平台,对仿真结果进行实验验证。通过仿真和实验的验证,证明了该理论的正确性,完成了无刷直流电机矢量控制策略的研究的目的。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM33
【部分图文】：

流电机的转矩脉动分析能够输出符合要求的电磁转矩是衡量一个电机控制系统动的存在会导致电机性能的降低，并且产生噪音，使转脉动的抑制是一个控制系统的重要的目标。在传统的两式下，不可避免的会出现转矩脉动，这是由电机特性以转矩脉动的原因主要分为两种：的梯形波引起的转矩脉动相导通模式下，反电势波形被假定为理想的梯形波，拥有时在对应平顶部分通入平顶为 120°的方波电流，根据式以看出，其输出转矩是一个恒定值。如图 2-8 上半部分所及对应的方波电流。但是实际的反电势波形很难做到理小于 120°，因此如果仍然通入 120°平顶电流，必然会矩脉动[41-43]。aei

其输出符合要求的电压，驱动无刷直流电机按要求运行。同时 DSP 通过 DA 转换将我们所需要观察的信号通过示波器显示出来。整流器功率变换器无刷直流电动机TMS320F28335电流传感器位置传感器AC转子位置信息dcU控制信号相电流信号ABCPWM ADC示波器DACQEP驱动电路图 5-1 无刷直流电机简要控制原理图

燕山大学工学硕士学位论文本实验中断子程序作为算法的核心部分，完成了大部分控制流程，包括转和速度计算、PI 调节、电流保护与相电流计算、PWM 输出以及 DA 输出等工.4 无刷直流电机电流开环实验图 5-10 是无刷直流电机在转速 500rpm 下的开环实验图，测功机工作在固的模式。逆变器开关管不再做 PWM 调制，直接在相应扇区直通。通过单相调整逆变器的直流母线电压，使电机的电流达到额定值。图中波形由上到下扇区、A 相电流，A 相端电压。由于电机绕组星型连接，无中性点引出线，般只能测得电机三相的端电压，即各相端点对直流母线负端的电压。从中可，一个周期分为六个扇区，每个开关管导通 120 电角度，电流波动较大，特换相时，电流出现明显下降。由于绕组电感的存在，换相时 A 相电流不会突，而是通过开关管的续流二极管回到电源，因此测得的端电压会出现跳变。
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本文编号：2873919