无刷直流电动机转矩脉动的抑制及动态仿真.pdf

永磁无刷直流电动机()是在有刷直流电动机的基础上，随着功率开关、电机控制技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它采用电子换相来代替机械换向，不但具有直流电动机的起动、调速性能，而且具有体积小、易于控制、可靠性好、受环境影响小等特点，因而在航天、机器人、数控机床、医疗器械、仪器仪表和家用电器等许多工业领域都得到了广泛应用。但是无刷直流电动机运行中所存在的转矩脉动问题，对实现更精确的位置和更高性能的速度控制有较大影响，因此本文将对如何减小转矩脉动进行重点研究。本文对无刷直流电动机进行了详细的分析，从理论和仿真两个方面对以下几个问题展开了研究和讨论：()以三相无刷直流电动机为例，讨论了其组成、导通方式以及工作原理，利用其数学模型，在工具箱下搭建了仿真模型，并采用双闭环控制策略进行了仿真，验证了其相关理论的正确性。()研究了反电动势过零检测方法，重点讨论了反电动势法中相电压和端电压两种检测方案，针对反电动势过零点检测方法和换相点检测方法中存在的不足，本文用延迟“&#;α”换相替代了延迟“&#;α”换相，实现了更宽范围的准确换相。与此同时，考虑到电机起动时反电动势过小的原因，采取了“三段式”起动的方法，从而保证了电动机的准确起动和稳定运行。()针对三相无刷直流电动机转矩脉动的不同种类，本文提出了相应的抑制方法。在分析了电磁转矩解析公式的基础上，得出转矩脉动是由于反电动势和电流的不理想造成的，然后着重对由于电流换相产生的转矩脉动进行了分析，根据速度大小的不同，提出了高速区和中低速区转矩脉动的抑制措施，其中调制只能用于＞的中低速区，并且讨论了五种不同的调制方式对电机换相过程的影响。而重叠换相法却有更宽的适用范围，在＜的高速区依然成立，超前换相法由于导通开始时间较难确定，因而实际中用得更多的是滞后换相法。同时由于换相过程中电流波动的影响，参考电流也必须相应地改变，从而更好地抑制转矩脉动。()在采用不同控制策略后对无刷直流电动机进行了仿真和分析，仿真结果表明换相转矩脉动减小了，从而证明了控制策略是有效的。()在利用电磁场计算软件()对无刷直流电动机进行磁场分析和静态仿真的基础上，将所得参数应用于四相半桥无刷直流电动机的仿真模型，并与所建立的控制模块组合后进行了系统仿真。仿真结果与理论分析是一致的。