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基于状态观测器的直流无刷电机控制方法研究

作　者: 郇志迎
导　师: 李洪文
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 直流无刷电机周期性力矩波动状态观测器
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

永磁无刷直流电机因具有高功率密度、高转矩电流比、宽调速范围而得到越来越多的应用。但永磁无刷直流电机存在一定的周期性力矩波动影响了它的性能,限制了它的应用范围,研究抑制永磁无刷直流电机控制系统力矩波动的方法,对提高无刷直流电机性能、扩大其应用范围有重要意义。本文通过仿真研究了采用力矩观测量电流环补偿抑制永磁无刷直流电机控制系统力矩波动的方法,并针对现有实验条件,作了状态观测器的验证性实验。因换向转矩、齿槽转矩的存在,直流无刷电机控制系统中存在着周期的力矩波动,这是限制直流无刷电机控制系统性能提高的主要因素。首先分析了直流无刷电机理想反电势下换向力矩的具体情况,对抑制系统的换向力矩波动提供了一定的指导。建立了直流无刷电机的Simulink仿真模型,方便直流无刷电机控制方法的仿真。针对直流无刷电机周期性力矩波动问题,介绍了通过力矩观测量反馈来减小力矩波动的方法,仿真表明采用这种方法后系统力矩波动明显减小。针直流无刷电机外部负载变化引起的力矩波动,仿真研究了通过干扰力矩观测量前馈减小系统力矩波动的问题,仿真表明加入干扰力矩观测量前馈,系统抵抗外部负载变化的能力有了明显提高。根据现有实验条件,在普通有刷直流力矩电机控制系统中作了状态观测器的简单实验,完成了以位置、速度、加速度为观测量的状态观测器的设计过程,对应用状态观测量提高系统性能有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 相关领域的研究现状  12-14
  1.3 无刷直流电机发展趋势  14-15
  1.4 论文的主要研究内容和论文结构安排  15-17
    1.4.1 论文工作的主要内容  15
    1.4.2 论文的结构安排  15-17
第2章伺服控制系统结构简介  17-23
  2.1 伺服控制系统结构简介  17-19
  2.2 常用提高伺服系统控制精度方法简介  19-21
  2.3 伺服控制系统驱动方式简介  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章直流无刷电机建模及换相力矩波动分析  23-36
  3.1 直流无刷电机数学模型  23-24
  3.2 换向引起的力矩波动分析  24-31
    3.2.1 直流无刷电机理想换向电流波形及反电势波形  24-26
    3.2.2 理想反电势下直流无刷电机换向力矩波动  26-30
    3.2.3 结论  30-31
  3.3 直流无刷电机Simulink 建模  31-35
    3.3.1 直流无刷电机Simulink 建模分析  31-34
    3.3.2 直流无刷电机Simulink 模型仿真结果  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章采用状态观测器补偿方法提高电机系统性能分析  36-50
  4.1 状态观测器补偿方法提高电机系统性能简介  36
  4.2 状态观测器原理及在提高电机抗扰性能中的应用示例  36-42
    4.2.1 状态观测器原理  36-38
    4.2.2 采用扰动力矩观测器提高控制系统抗扰性能分析与仿真  38-42
  4.3 直流无刷电机力矩波动抑制方法研究  42-49
    4.3.1 直流无刷电机波动力矩抑制方法简述  42-43
    4.3.2 电流闭环减小直流无刷电机力矩波动方法仿真  43-45
    4.3.3 力矩观测量补偿抑制直流无刷电机力矩波动方法及仿真  45-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章状态观测器设计及验证性实验  50-60
  5.1 实验所用硬件系统描述  50-51
  5.2 电机系统传递函数辨识  51-54
  5.3 电机系统状态观测器设计  54-56
  5.4 电机系统状态观测器设计实验结果  56-59
    5.4.1 电机系统状态观测器设计开环实验结果  56-57
    5.4.2 电机系统状态观测器设计闭环实验结果  57-59
  5.5 本章小结  59-60
第6章总结与展望  60-62
参考文献  62-64
在学期间学术成果情况  64-65
指导教师及作者简介  65-66
致谢  66

基于状态观测器的直流无刷电机控制方法研究

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