集成电机推进器用无刷直流电机换相转矩脉动抑制策略研究

摘要

小型水下海洋运载器的推进系统是电力推进系统，其推力器一般采用集成电机推进器。因为无刷直流电机与同等尺寸的永磁同步电机相比效率高15％，而且其在结构和控制上简单，基于这些优点，集成电机推进器的推进电机通常采用无刷直流电机。但是，无刷直流电机在高速运行中产生很大噪声，严重干扰水下海洋运载器隐身性和水声通讯设备正常工作，因此水下海洋运载器的安全性降低。本文的具体内容就是对集成电机推进器用无刷直流电机换相转矩脉动抑制控制策略研究分析。
　　首先在电机数学模型的建立之上，分析换相转矩存在波动的原因，且在MATLAB软件中进行系统仿真;为研究降低换相转矩脉动的控制策略，根据仿真的结果分析，本文采用的控制策略是重叠换相法。
　　基于重叠换相法，提出新型的基于延迟霍尔信号特定角度来降低换相转矩脉动的控制算法。在延迟期间内，关断相反电动势下降，由于端电压恒定，关断相电流随延迟角度而增大，通过调节占空比大小，可使电磁转矩在此期间内维持不变;在换相期间，为了确保换相转矩的脉动率最小，可推导出霍尔信号延迟角度的准确数值;在此基础上，考虑电机电阻的影响，引入最大效率约束，得到最佳延迟角度。此方法不需要新增额外硬件，只需知道电机参数就可以得到最佳延迟角度，将霍尔信号延迟后可抑制换相转矩脉动。
　　通过搭建仿真模型，结果验证上述方法能减小换相转矩的脉动率。但是，这种方法是基于霍尔传感器理想安装间隔为120°电角度，实际电机在安装霍尔传感器过程中不可避免的存在误差，导致霍尔传感器检测位置信号延迟或提前，影响电机稳定运行。
　　接下来，本文提出一种新型的霍尔传感器安装误差补偿控制策略，同时能降低换相转矩的脉动率。该方法通过检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流大小，与相电流稳定值进行比较，判断换相霍尔信号延迟或提前;推导三相电流与霍尔传感器误差角度的关系式，在电机稳定运行一个电周期内，采样三相正向导通电流，获得霍尔传感器安装误差角度;推导最佳的换相点并进行补偿，实现换相转矩脉动最小且换相时间最短目的。
　　最后，在研究室现有的电机平台上进行测试，实验结果验证提出的控制算法是具有效果且可行的。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的背景及意义

1．2．1集成电机推进器的研究现状

1．2．2换相转矩脉动策略研究现状

1．3本文的主要研究内容

第2章无刷直流电机系统及换相转矩脉动研究

2．1．1电压方程

2．1．2电磁转矩方程

2．1．3运动方程

2．2．1换相过程分析

2．2．2各相电流及转矩分析

2．2．3换相转矩脉动成因分析

2．3无刷直流电机仿真研究

2．4本章小结

第3章无刷直流电机换相转矩脉动抑制策略研究

3．1引言

3．2重叠换相法

3．2．1忽略电阻影响下霍尔信号延迟分析

3．2．2考虑电阻影响下霍尔信号延迟分析

3．2．3最大效率约束下最佳延迟角度分析

3．3仿真结果与分析

3．4本章小结

第4章霍尔传感器安装误差下的补偿策略研究

4．1引言

4．2霍尔传感器安装误差下影响分析

4．2．1单相霍尔延迟安装放置下研究

4．2．2单相霍尔提前安装放置下研究

4．3实现霍尔安装误差补偿策略分析

4．4仿真结果与分析

4．5本章小结

第5章无刷直流电机系统调试与实验结果分析

5．1实验平台组成

5．2．1系统调试

5．2．2霍尔补偿调试

5．2．3霍尔延迟调试

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢