文档介绍：西南交通大学
硕士学位论文
永磁无刷直流电机转矩脉动抑制的控制策略研究
姓名:冯翠萍
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:李群湛
2012-10
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文第永磁无刷直流电动机具有良好的机械特性和调节特性,调速范围宽,转矩大Ⅲ,结构简单、体积小、重量轻和高效节能等一系列优点,这一系列的优点使得它被广泛应用于传动系统和伺服驱动系统中,高性能的永磁材料比如稀土的出现,以其优越的磁性能和相对较低的价格,使得永磁无刷电机的开发和研究成为大家关注的热点,由于无刷直流电机转矩脉动,因此限制了其范围调速的宽度、位置的精确度以及速度控制方面的应用,因为永磁无刷电机存在定子电枢电感,换相过程中将不可避免产生转矩脉动,这已成为永磁无刷直流电机转矩脉动产生的重要因素,目前国内外研究的重点主要趋向于分析和抑制永磁无刷直流电机换相过程中产生的转矩脉动,针对永磁无刷直流电机运行与控制中存在的这些问题,探索全新的控制措施,进而到达抑制无刷直流电机在换相过程中转矩脉动的效果。本论文首先介绍了永磁无刷直流电机控制系统的研究现状和发展趋势。先从永磁无刷直流电机的结构入手,分析了永磁无刷直流电机的运行原理以及运行特性。建立了无刷直流电机的数学模型,为新的控制策略提供了理论依据;详细分析了永磁无刷直流电机换相转矩脉动产生的原因,得出了转矩脉动的解析表达式。从永磁无刷直流电机的驱动过程讨论,分析了永磁无刷直流电机中几种比较常见的髦品桨付缘磁转矩脉动的影响效果。分析了目前对国内外对换相转矩脉动抑制技术的一些成果,总结了一种全新的控制措施。采用髦品椒ɡ纯刂迫喽ㄗ拥缪梗构囟舷嘌迟,让关断相的电流变化平滑进行。与此与此同时,对非换相相以及导通相的电压采取控制措施,保证非换相的相电流不会发生变话,因此有效抑制永磁无刷电机的电流换相过程中产生的转矩脉动。在改进的控制措施的基础上,设计了使用数字信号处理器作为理论基础的永磁无刷直流电机的驱动系统的方案;分别进行硬件、软件的设计以及驱动系统的调试工作。比较了两种不同的控制方式对抑制转矩脉动的效果:导通型的方波驱动和改进过后的驱动策略,验证了新的方案对抑制换相转矩脉动有明显的效果,以及改善永磁无刷直流电机在低速运行区域的性能。经实验验证,本文提出的无刷直流电机数字化控制策略正确、可行,控制系统硬件简单、可靠性高,控制系统具有良好的控制效果。论文所做的工作为无刷直流电机的广泛应用提供了一定的理论参考依据和工程实际方法。关键词:永磁无刷直流电机;换相转矩脉动;磺低
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第滦髀姆⒄估嬖诩际跤攀西南交通大学硕士研究生学位论文第电机控制领域中直流电机的使用非常广泛,可是,永磁直流电动机中存在换向器和电刷,在进行换相时有电磁、机械、电化学等不同因素交错在一起,而产生火花、噪声、速度限制、无线电干扰等一系列问题,这些问题的存在成为永磁直流电动机发展的致命缺点。·二十世纪初,岢隽诵碌纳柘耄夯档缢⒂烧鞴芾刺娲庋无刷电机的基本思想就产生了。二十世纪中期,用晶体管换向线路代替机械电刷的专利的申请,成为现代无刷电机的产生的标志。法拉第的电磁感应定律是永磁无刷直流电机发展的基础,无刷直流电动机是一种新型直流电机,现代电力电子技术发展以及数字化的技术的突破让无刷电机有了飞速的发展,由于无刷直流电机在现代工业设备中的重要组成部分,因此使得它的生命力相当地旺盛⋯。晡匏⒌缁缛肓苏嬲庖迳系氖涤媒锥问窃鞯翸在汉诺威贸易博览会上推出了经典的匏⒌缁颓鳌T诩甘甑牟欢咸剿髦校随着一些稀土材料以及电力电子和数字电子器件性能的不断优化改进,极大的促进了永磁无刷电机在更加广阔领域的运用和长足的进步没有机械的接触换相装置保证了运行起来比较可靠、使用寿命相对较长,保养维护简便也避免了有刷直流电机在换相的时候有火花的产生。无电刷和换向器是永磁无刷直流电机有别于有刷直流电机最突出的特点。此外,机械换向的去除,也使其转速不会受到限制,如采用磁悬浮轴承或空气轴承等,可实现每分钟几万的超高速运转,甚至在空气轴承中可以达到每分钟几十万次的超高速运转,这是有刷电机望尘莫及的。对于要求比较高的伺服系统和调速领域中,伺服控制系统中小功率的无刷直流电机越来越广泛的应用的根本原因在于自身无可取代的技术优势,这也是它迅猛发展的一个根本原因。
.,机械接触的存在,火花在换相过程中便会产生,这时系统电路设计和磁路兼容方面的设计就会有很大的麻烦;并且,这时还会存在机械损耗傅氖腔幌蚱骱偷缢⒌幕哟セ岵降低直流电