无刷直流电机全调速范围内换相转矩脉动抑制策略研究

摘要

方波电流驱动的无刷直流电机（brushless direct-current machine，简称BLDCM）具有体积小、重量轻、效率高和结构简单等特点，近年来在民用家电特别是空调电机领域获得了广泛的应用。但因为BLDCM步进式的旋转方式和换相时绕组电流的滞后性，电机的转矩脉动相对较大，影响了其在更多场合的推广及应用。本课题的研究目的是解决BLDCM控制系统在工程应用时转矩脉动较大的问题，在深入分析BLDCM结构特点与运行原理的基础上，首先，基于传统五种PWM调试方式，提出一种基于扇区细分的改进型PWM调制方式以抑制换相电流脉动；然后，提出一种基于霍尔传感器的改进型高精度位置信号获取方法以减小BLDCM的控制成本；最后，针对电机低速与高速时刻转矩脉动特性不同的特点，利用磁链自控制直接转矩控制法结合重叠换相法，实现了在全调速运行范围内抑制BLDCM转矩脉动，并通过仿真与实验验证了控制策略的可行性。 本文主要研究内容与成果如下： （1）阐述课题的研究意义，介绍BLDCM组成及工作原理，并分析其在工业领域当中的应用与存在的问题。对当前国内外BLDCM控制技术的研究现状进行了较为全面的分析和总结，指出了BLDCM现有控制方法的优点与不足。 （2）提出一种改进的进行扇区细分的PWM调制方式，基于对现有PWM调制方式所引起的换相转矩脉动进行细致研究的基础上，指出传统四种PWM调制方法各自所存在的问题，并对换相转矩脉动进行了公式推导，进而得出了改进型PWM调制方式。 （3）提出一种改进型利用低精度位置传感器获取高精度位置信号的方法，提高电机动态过程中转速及位置信号估算的精确度以降低BLDCM的控制成本。 （4）提出一种结合磁链自控直接转矩控制与重叠换相方法的BLDCM全调速范围内转矩脉动抑制方法，针对BLDCM在高速与低速区不同转矩脉动性质，利用两种方法各自的优点实现了转矩脉动的抑制。 （5）基于MATLAB/Simulink构建BLDCM仿真模型，对所提算法进行仿真验证，搭建基于DSP28069M控制平台，对算法进行实验验证。

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