轴向磁场无铁心无刷直流电机转矩脉动抑制策略研究

发布时间：2017-08-30 18:06

  本文关键词：轴向磁场无铁心无刷直流电机转矩脉动抑制策略研究

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【摘要】：轴向磁场无铁心无刷直流电机是一种采用了无铁心结构的盘式电机,具有功率密度大、空间体积小、电机效率高等特点,该类电机在航空工业和电动汽车等对电机体积有特殊要求的领域有极大的市场前景。但该类电机的无铁心结构致使其在转矩脉动方面的性能不能满足要求,从而限制了其在上述领域中的应用。本文主要研究轴向磁场无铁心无刷直流电机的转矩脉动问题,并且提出了基于直接转矩控制的转矩脉动抑制方案。本文首先介绍了轴向磁场无铁心无刷直流电机的发展简介和国内外对该电机转矩脉动问题的研究现状。介绍了轴向磁场无铁心无刷直流电机独特的定子无铁心结构,研究了该电机的工作原理,分析了该电机的数学模型。本文通过实际测量实验样机的反电动势和电机参数,建立了轴向磁场无铁心无刷直流电机的本体模型。搭建了传统的双闭环控制系统模型并进行仿真。其次,对轴向磁场无铁心无刷直流电机电机转矩脉动产生的原因进行分析,并对常用的转矩脉动抑制方案进行了讨论。针对该种电机存在的由PWM斩波调速引起的转矩脉动,采用基于BUCK电路的PAM控制策略进行仿真。仿真结果表明,只对一种转矩脉动进行抑制无法达到提高电机性能的目的。然后,将直接转矩控制算法应用到轴向磁场无铁心无刷直流电机控制系统中。分析了直接转矩控制算法的原理,设计了轴向磁场无铁心无刷直流电机直接转矩控制系统方案,并进行建模仿真。仿真结果表明,轴向磁场无铁心无刷直流电机采用直接转矩控制算法能取得良好的控制效果。最后,针对本课题所研究的实验样机,设计实现了轴向磁场无铁心无刷直流电机的直接转矩控制系统。该系统的硬件部分使用了高性能的TMS320F28335DSP做主控芯片、高度集成的PS21564 IPM做功率驱动部分。在详细分析了电机参数和控制需求的基础上,根据直接转矩控制算法的控制思想,分模块编写了控制系统的软件部分。使用实验样机完成实验,结果表明直接转矩控制系统控制效果良好。
【关键词】：轴向磁场无铁心无刷直流电机 转矩脉动 BUCK电路 直接转矩控制
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 轴向磁场无铁心无刷直流电机的发展概况10-11
• 1.3 轴向磁场无铁心无刷直流电机转矩脉动抑制的研究现状11-13
• 1.3.1 电机转矩脉动的分类11-12
• 1.3.2 转矩脉动抑制策略的研究12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 第二章 轴向磁场无铁心无刷直流电机工作原理和建模仿真15-31
• 2.1 轴向磁场无铁心无刷直流电机的基本结构15-17
• 2.1.1 电机的本体结构15-17
• 2.1.2 电机的位置检测单元17
• 2.2 轴向磁场无铁心无刷直流电机的工作原理17-20
• 2.3 轴向磁场无铁心无刷直流电机的数学模型20-22
• 2.4 轴向磁场无铁心无刷直流电机的Simulink仿真22-31
• 2.4.1 电机本体模型22-26
• 2.4.2 传统控制方法系统仿真26-31
• 第三章 轴向磁场无铁心无刷直流电机转矩脉动和抑制策略研究31-43
• 3.1 轴向磁场无铁心无刷直流电机转矩脉动原因分析31-37
• 3.1.1 非理想反电动势引起的转矩脉动31-32
• 3.1.2 换向引起的转矩脉动32-35
• 3.1.3 PWM斩波调压引起的转矩脉动35-37
• 3.2 基于BUCK电路的转矩脉动抑制策略研究37-43
• 3.2.1 基于BUCK电路的控制系统原理分析37-38
• 3.2.2 基于BUCK电路的控制系统仿真38-43
• 第四章 轴向磁场无铁心无刷直流电机直接转矩控制策略研究43-57
• 4.1 直接转矩控制技术概述43-44
• 4.2 轴向磁场无铁心无刷直流电机直接转矩控制的基本原理44-53
• 4.2.1 空间电压矢量45-47
• 4.2.2 空间电压矢量和定子磁链的关系47-48
• 4.2.3 空间电压矢量和电磁转矩的关系48-49
• 4.2.4 定子磁链和电磁转矩观测49-53
• 4.3 轴向磁场无铁心无刷直流电机直接转矩控制系统仿真53-57
• 第五章 轴向磁场无铁心无刷直流电机直接转矩控制系统设计57-67
• 5.1 控制系统综述57
• 5.2 控制系统硬件设计57-62
• 5.2.1 DSP控制器58-59
• 5.2.2 检测电路59-60
• 5.2.3 功率驱动模块60-62
• 5.2.4 DSP通讯模块的设计62
• 5.3 控制系统软件设计62-64
• 5.3.1 控制程序的总体结构62-63
• 5.3.2 位置和速度检测子程序63
• 5.3.3 DTC控制程序63-64
• 5.4 实验结果分析64-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 参考文献69-73
• 发表论文和科研情况说明73-75
• 致谢75

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本文编号：760787