基于比例谐振控制的无刷直流电机转矩脉动抑制策略研究

摘要

无刷直流电机不但具备交流电机结构简单、功率密度大、可靠性高等优点，而且还具有传统直流电机启动转矩大、调速性能好等优点，因而广泛应用于工业和生活的各个领域，如航空航天、家电办公、新能源汽车等领域。然而无刷直流电机的转矩脉动相对较大，这制约了其在精度和可靠性要求较高场合的应用。换相转矩脉动是影响无刷直流电机转矩性能的主要因素，因此减小换相转矩脉动成为提高无刷直流电机性能的研究重点。 本文首先分析了无刷直流电机换相转矩脉动的研究现状，在此基础上提出了一种适用于非理想反电动势情况的转矩脉动抑制策略。提出的方法有机的结合了电机设计和电机控制，大致分为三个步骤：首先，需要从电机设计或实验来获取电机的非理想反电动势数据。然后，根据非理想的反电动势建立改进的转矩谐波模型；将主要的转矩谐波作为抑制的目标可以求出各相所需的电流谐波。与传统的转矩谐波模型相比，改进的转矩模型考虑了电流滞后角度的因素，使优化设计得到的相电流参考值更加准确。进而，为了实现参考相电流的精确跟踪，文章采用了比例谐振电流控制器。通过控制变量法，文章研究了电流控制器的各个参数对控制器性能的影响；同时采用奈奎斯特图和伯德图分析了电流控制器的稳定性。 最终，文章对比了包括所提方法在内的三种控制策略，并且也对所提方法的稳态性能和动态响应特性进行了详细的研究，转矩、电流等结果显示了所提出的转矩脉动抑制方法的可行性和优越性。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2无刷直流电机转矩脉动的产生机理

1.3无刷直流电机换相转矩脉动的研究现状

1.4 课题研究的主要内容

第2章 无刷直流电机工作原理与数学模型

2.1 无刷直流电机的基本组成

2.2 无刷直流电机的工作原理

2.3 无刷直流电机的数学模型

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的研究

3.1换相转矩脉动的分析

3.2换相转矩脉动抑制策略

3.2.1 电流优化模块设计

3.2.2 改进的比例谐振电流控制器的设计

3.2.3 频率自适应的比例谐振电流控制器的设计

3.3 本章小结

第4章 换相转矩脉动抑制策略的性能研究

4.1 转矩控制策略的比较

4.2 控制策略稳态性能和动态性能分析

4.3 本章小结

第5章 无刷直流电机的实验设计

5.1 实验系统的组成

5.2 实验系统的硬件设计

5.2.1 电压模块设计

5.2.2 逆变器电路设计

5.2.3 隔离驱动电路设计

5.2.4 采样保护电路设计

5.2.5 控制电路和位置传感器电路

5.3 实验系统的软件设计

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 后续研究

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢