基于混杂切换理论的无刷直流电机驱动系统建模与控制

摘要

无刷直流电机驱动系统主要由电机本体、传感器、电压源逆变器和控制器四部分组成，由于传统的逆变电路开关函数模型只考虑了电路的控制变迁，而没有考虑与电路连续状态相关的条件变迁，导致无刷直流电机转矩脉动较大。针对该问题，本文提出了一种混合逻辑动态模型的方法，将逆变器功率管开关信号定义为离散控制变量，二极管导通状态定义为离散条件变量，并用于无刷直流电机驱动系统的建模与控制，对提高无刷直流电机驱动系统的性能具有重要意义。
　　本文以无刷直流电机为控制对象，分析了无刷直流电机驱动系统功率开关通断状态下电流模态，建立了无刷直流电机的混合逻辑动态模型并且以该模型提出预测控制算法。具体研究内容包括：
　　首先介绍了混杂系统理论和混合逻辑动态建模方法，依据无刷直流电机驱动系统的运行模式，通过混合逻辑动态模型的相关理论构建无刷直流电机驱动系统的混合逻辑动态模型，将该模型进行离散化处理，提出模型预测控制控制算法。
　　基于无刷直流电机逆变电路拓扑，运用Matlab/Simulink对PID控制算法和模型预测控制算法进行仿真对比验证，仿真结果表明，模型预测控制在一定程度上提高和满足了无刷直流电机的控制特性，抑制了无刷直流电机转矩脉动，为无刷直流电机驱动的研究提供新思路。
　　最后，搭建了无刷直流电机驱动系统实验平台，并对上述控制算法进行了验证。实验结果表明本文所设计的模型预测控制算法能够实现无刷直流电机驱动系统的稳定运行，同时无刷直流电机的转矩脉动能得到一定程度的抑制。

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