无刷直流电机直接转矩控制系统分析研究与设计.doc

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文档介绍

天津理工大学

硕士学位论文

无刷直流电机直接转矩控制系统的研究与设计

姓名:杨永君

申请学位级别:硕士

专业:控制理论与控制工程

指导教师:赵影

201201

摘要

在工业、航空航天和家用电器等各个领域的应用中,无刷直流电机在体积、效率、

可控性、可靠性、经济性等方面具有明显优势。但是无刷直流电机的转矩脉动较大。转

矩脉动会带来震动、噪音等问题,这就限制了其在低噪音、转速精度要求较高、定位精

度要求较高的系统中的应用。永磁无刷直流电机的转矩脉动包括齿槽转矩脉动、非理想

反电势引起的电磁转矩脉动和换相电磁转矩脉动。一般情况下,前两种转矩脉动均较小,

所以抑制或消除换相电磁转矩脉动是提高系统性能的关键。

无刷直流电机传统脉宽调制电流控制会产生较大的换相电磁转矩脉动,且出现非理

想反电势时,还会产生原理性电磁转矩脉动。为抑制由非理想反电势引起的电磁转矩脉

动和换相电磁转矩脉动,本文提出无刷直流电机直接转矩控制。在无刷直流电机传统数

学模型的基础上,搭建具有非理想反电势的无刷直流电机的仿真模型。为便于计算机控

制,设计离散滑模观测器以获取无刷直流电机反电势,并证明离散滑模观测器的到达条

件和稳定条件。分析电压空间矢量的选取规则、定子磁链的轨迹及电磁转矩的控制机理。

受现有电力电子功率器件丌关频率的限制,本文还推导了开关频率与滞环宽度的关系,

并以此作为计算滞环宽度的依据。在此基础上,设计无刷直流电机直接转矩控制。采用

离散滑模观测器获取无刷直流电机反电势,进而完成电磁转矩的估算,然后由转矩滞环

的输出和磁极位置来选择电压空??認矢量。根据无刷直流电机直接转矩控制系统的结构,

并计算各种控制参数,在???中搭建仿真模型。由仿真结果,进而分析无刷直流电

机直接转矩控制抑制换相电磁转矩脉动的适用范围及高速时的失效原因。最后,介绍了

控制系统的硬件组成和软件设计。

无刷直流电机直接转矩控制

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