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永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究

作　者: 邱建琪
导　师: 林瑞光
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 永磁无刷直流电动机 转矩脉动 重叠换相 矢量控制 坐标变换
分类号: TM33
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 1918次
引　用: 55次
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内容摘要


本文主要研究通过新型控制策略来抑制无刷直流电动机的电磁转矩脉动。根据永磁无刷直流电动机反电势波形的不同，对方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动，准正弦波(pseudo-sinusoidal EMF)反电动势无刷直流电动机以及任意波形反电动势无刷直流电动机的电磁转矩脉动，进行了详细的分析，分别提出三种不同的控制策略，进行转矩脉动抑制控制。 为了抑制传统的三相六状态120°导通方式控制下方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动，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，并由此分析了调制方式、重叠换相技术等对换相转矩脉动的影响，得出了采用重叠换相技术抑制换相转矩脉动适用的电机转速范围。其次分析了120°导通方式下反电动势平顶宽度对转矩脉动的影响，对于平顶宽度小于120°电角的非理想梯形波反电动势，定量分析了换相超前角对换相转矩脉动的影响。针对反电动势平顶宽度小于120°电角的无刷直流电动机调速系统，提出了一种基于重叠换相加电流补偿的换相转矩脉动抑制新技术。仿真结果表明这种控制策略能有效地抑制反电动势平顶宽度小于120°电角的无刷直流电动机的换相转矩脉动。 阐述了抑制齿槽转矩措施对反电动势波形的影响，利用无刷直流电机的数学模型推导并比较了任意平顶宽度梯形波反电动势在正弦波和矩形波两种电流驱动下的电磁转矩脉动情况，得出在梯形波平顶宽度减小到一定数值后采用正弦电流驱动更有利于减小电磁转矩脉动。针对反电动势类似正弦的准正弦波反电动势无刷直流电动机，本文提出一种基于六个离散位置信号的自同步SVPWM(电压空间矢量法)控制方法，用以削弱电磁转矩脉动，分析了实现这种方法的主要控制环节，包括起动时电压空间矢量的初始定位，阻抗角与电流超前角的合理选择以及连续转子位置的估计等。对准正弦波反电动势无刷直流电动机在120°导通方式、180°导通方式和自同步SVPWM三种控制方式下的转矩脉动系数、转矩电流比等方面进行了全面的分析与比较，仿真研究和实验结果表明，当反电动势的平顶宽度小于107°电角时，采用自同步SVPWM控制方法可以在不损失转矩电流比的基础上，更有效地抑制电磁转矩脉动。 对于实际反电动势波形既非正弦又非梯形波的无刷直流电动机，提出一种新型的任意波形反电动势无刷直流电动机的i_d=0矢量控制方法，通过坐标变换 浙江大学博士学位佑文 摘要 求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流，并在dqo坐标系下通过矢量控制对q轴 参考电流进行跟踪。阐述了实现这种方法的软、硬件结构，仿真研究和实验结 果表明这种控制策略可以有效地抑制由于反电动势的偏差所产生的电磁转矩脉 动。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
第一章 绪论  10-30
  §1．1 永磁无刷直流电动机的发展及分类  10-11
  §1．2 课题的背景和意义  11-13
    1．2．1 变频洗衣机等家用电器  11-12
    1．2．2 永磁同步无齿轮曳引电梯  12-13
    1．2．3 交流伺服系统  13
  §1．3 永磁无刷直流电动机的转矩脉动产生机理  13-14
  §1．4 国内外的研究现状  14-28
    1．4．1 齿槽转矩抑制技术研究概况  15-19
    1．4．2 反电动势波形优化设计研究概况  19-20
    1．4．3 方波型无刷直流电动机换相转矩脉动抑制研究概况  20-22
    1．4．4 非理想反电势无刷直流电动机转矩脉动抑制研究概况  22-25
    1．4．5 闭环转矩直接控制研究概况  25-27
    1．4．6 先进控制策略以及人工智能技术在转矩脉动抑制中的应用  27-28
  §1．5 本文的研究内容和结构安排  28-29
  §1．6 本章小结  29-30
第二章 方波型无刷直流电动机换相转矩脉动的分析及抑制  30-60
  §2．1 引言  30
  §2．2 无刷直流电动机的数学模型  30-32
  §2．3 理想反电动势下换相转矩脉动分析  32-40
    2．3．1 换相转矩脉动分析  32-35
    2．3．2 调制方式对换相转矩脉动的影响  35-39
    2．3．3 重叠换相对换相转矩脉动的影响  39-40
  §2．4 反电动势平顶宽度对换相转矩脉动的影响  40-46
    2．4．1 矩形波电流下反电动势平顶宽度的影响  41-43
    2．4．2 换相超前角的影响  43-46
  §2．5 基于重叠换相加电流补偿的换相转矩脉动抑制  46-51
    2．5．1 电流反馈与组合  46-49
    2．5．2 两种重叠换相方式比较  49-50
    2．5．3 转矩恒定为目标的电流补偿的基本思路  50-51
  §2．6 电梯用BLDCM换相转矩脉动抑制仿真研究  51-59
    2．6．1 PWM调制方式的影响  52-55
    2．6．2 换相超前角的影响  55-56
    2．6．3 两种重叠换相方式比较  56-57
    2．6．4 基于重叠换相加电流补偿的换相转矩脉动抑制仿真  57-59
  §2．7 本章小结  59-60
第三章 准正弦波反电动势无刷直流电动机转矩脉动抑制  60-90
  §3．1 引言  60
  §3．2 抑制齿槽转矩措施对反电动势波形的影响  60-63
    3．2．1 斜槽  61
    3．2．2 非重叠绕组  61-63
  §3．3 梯形波反电动势BLDCM在两种驱动电流下的转矩脉动分析  63-68
    3．3．1 理想正弦波电流  65-66
    3．3．2 理想矩形波电流  66-68
  §3．4 电压空间矢量法（SVPWM）控制  68-75
    3．4．1 基本控制思想  69-70
    3．4．2 电压空间矢量初始定位  70-71
    3．4．3 阻抗角与电流超前角  71-73
    3．4．4 转子位置的估计  73-75
  §3．5 不同导通方式下电磁转矩脉动的仿真  75-84
  §3．6 实验结果  84-89
    3．6．1 硬件组成  84-85
    3．6．2 实验结果分析  85-89
  §3．7 本章小结  89-90
第四章 任意反电动势波形无刷直流电动机的转矩脉动抑制  90-106
  §4．1 引言  90
  §4．2 正弦波永磁同步电动机的i_d=0控制  90-92
  §4．3 任意反电动势波形永磁无刷直流电动机的i_d=0控制  92-101
    4．3．1 基于坐标变换的最优电流求解  93-94
    4．3．2 q轴电流的数值计算实例  94-97
    4．3．3 系统仿真  97-101
  §4．4 实验研究  101-105
    4．4．1 硬件系统  101-102
    4．4．2 软件系统  102-105
    4．4．3 实验结果及分析  105
  §4．5 本章小结  105-106
第五章 全文总结  106-108
参考文献  108-114
致谢  114-115
攻读博士期间发表的论文  115

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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