无刷直流电动机矩脉动控制技术的研究.pdfVIP

摘要 随着王见代电力电子技术|【内发展和永磁利料性能的不断提高，无刷直流lU动机 系统在高性能运动控制领域越来越受到-重视。无刷直流电动机系统具有功率密度 大、响应速度快、控制灵活方便、使用安全可靠等突卅优点，并且本身没确机械 结构的电刷欹向器装置，，fi存在电火花及相应的电磁干扰，因而，更适合应用于 ‘些特殊应用场合，如武器系统、航空航天、精密机械、机器人传动以及午辆、 船舶和水下航行器的驰动。然I而，无刷直流电动机具有较大的转矩脉动，向对r 这些应用场合，转矩T-滑通常是基奉要求。因此，对无刷直流电动机的f、I川．必 须考虑其转矩脉动的抑制问题。 本文从兀j}1；0直流电动机及其控制系统的基本结构出发，对转矩脉动及其补偿 方法进行了较为细致的分析。针对不同情况，通过改进电机的控制系统，提出了 多种补偿转矩脉动的控制方法。主要内容如下： 1、基于定子磁链方程，建力．了币弦波无刷直流电动机的‘般数学模型。经坐标 变换。得出在静止两相(a一∥)坐标系和旋转两相(d—q)‘蝰标系卜IiF弦 波无刷直流电动机电¨三方程和转矩方程。 2、分析了rF弦波无刷直流电动机j，，=0矢量控制系统的丁作原理，介绍厂尢刷直 流电动机转矩控制的塾本概念。缀对无刷直流电动机系统进行分析，推导并 建妒了f，，=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、对造成转矩脉动的丰要成分转矩纹波进行谐波分析，得出在一般假设情况F， 无刷直流电动机系统的转矩纹波由电磁转矩的±6n次谐波造成的结硷。并进 行了仿真验证。 4、对系统干臼电流存在甑流偏差和波形、相位偏差时的r乜磁车5矩进行了研究，得 出以下绱论：相电流甑流偏差会产生与基波频率。致的转姐脉动：十¨电流祭 波幅值n勺偏筹会导致2倍基波频率的转矩脉动：相电流V次谐波会导!；5【 (v±1)次谐波转矩。通过实验仿真验证r卜述推导结果的难确。 5、分析研究了转矩脉动补偿的基本原理，得出结论：乔-定子4目电流r11加入‘定频 率、{嗡值和棚位的谐波f乜流就能消除某一转知谐波。消除转矩脉动nJ以通过 对定f电流加入谐波的力式完成。分析』’谐波加入法消除转如脉z巩的原珊利 摘要 不足。 6、建立了考虑转子磁链谐波影响的正弦波无刷直流电机的数学模型。基j二模型 参考自适应控制原理，设计了一种转矩脉动自适应控制系统。讨论r口适应 控制系统的稳定性。研究了系统的控制性能。讨论了在不同转速下，系统对 转矩脉动的控制效果。利用Matlab／Simulink建立仿真模型，对控制性能进行 了验证。 7、为避免对电机转了磁链进行傅里叶谐波分析，根据卡尔曼滤波器原理，没计 了一种电机磁链估计器，在(口一∥)坐标系下，对引起电机转矩脉动的电机磁 链进行估计，并以此估计值设计电机定子电流波形，实现对转矩脉动的控制。 通过仿真刘控制效果进行了分析。 8、设计了一种新型干扰观测器，对其控制结构进行了理论分析。以此为皋础， 设计了 种基于干扰观测器的转矩脉动控制系统。该系统将负载转矩、转*}， 纹波以及由电机参数的变化引起的转矩干扰作为系统干扰，用干扰观测器进 行观测，以此为基础对转矩脉动进行补偿，实现对转矩脉动的抑制。分析了 该控制系统对转矩脉动的控制效果。讨论了该控制器的应川范围。 9、对基于干扰观测器的转矩脉动控制系统进行了改进，设计了‘种模糊推理控 制器，根据电机速度和负载转矩的变化调整干扰观测器的增益，保汪了转矩 脉动控制系统的控制精度，并扩大了其运行范围。 关键词： 正弦波无刷直流电动机 矢量控制 转矩脉动 自适应控制 卡尔曼滤波器 干扰观测器 模糊推理控制器 西北丁业人学媾．{j学位论文 Abstract Permanent candidatesfor MagnetSynchronous Motors(PMSMs)are