永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究

本文主要研究通过新型控制策略来抑制无刷直流电动机的电磁转矩脉动。根据永磁无刷直流电动机反电势波形的不同，对方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动，准正弦波（pseudo-sinusoidal EMF）反电动势无刷直流电动机以及任意波形反电动势无刷直流电动机的电磁转矩脉动，进行了详细的分析，分别提出三种不同的控制策略，进行转矩脉动抑制控制。 为了抑制传统的三相六状态120°导通方式控制下方波型无刷直流电动机的换相转矩脉动，本文首先在理想反电动势的条件下推导了换相转矩脉动的解析公式，并由此分析了调制方式、重叠换相技术等对换相转矩脉动的影响，得出了采用重叠换相技术抑制换相转矩脉动适用的电机转速范围。其次分析了120°导通方式下反电动势平顶宽度对转矩脉动的影响，对于平顶宽度小于120°电角的非理想梯形波反电动势，定量分析了换相超前角对换相转矩脉动的影响。针对反电动势平顶宽度小于120°电角的无刷直流电动机调速系统，提出了一种基于重叠换相加电流补偿的换相转矩脉动抑制新技术。仿真结果表明这种控制策略能有效地抑制反电动势平顶宽度小于120°电角的无刷直流电动机的换相转矩脉动。 阐述了抑制齿槽转矩措施对反电动势波形的影响，利用无刷直流电机的数学模型推导并比较了任意平顶宽度梯形波反电动势在正弦波和矩形波两种电流驱动下的电磁转矩脉动情况，得出在梯形波平顶宽度减小到一定数值后采用正弦电流驱动更有利于减小电磁转矩脉动。针对反电动势类似正弦的准正弦波反电动势无刷直流电动机，本文提出一种基于六个离散位置信号的自同步SVPWM（电压空间矢量法）控制方法，用以削弱电磁转矩脉动，分析了实现这种方法的主要控制环节，包括起动时电压空间矢量的初始定位，阻抗角与电流超前角的合理选择以及连续转子位置的估计等。对准正弦波反电动势无刷直流电动机在120°导通方式、180°导通方式和自同步SVPWM三种控制方式下的转矩脉动系数、转矩电流比等方面进行了全面的分析与比较，仿真研究和实验结果表明，当反电动势的平顶宽度小于107°电角时，采用自同步SVPWM控制方法可以在不损失转矩电流比的基础上，更有效地抑制电磁转矩脉动。 对于实际反电动势波形既非正弦又非梯形波的无刷直流电动机，提出一种新型的任意波形反电动势无刷直流电动机的id=0矢量控制方法，通过坐标变换 浙江大学博士学位佑文 摘要 求解产生恒定电磁转矩所需的q轴电流，并在dqo坐标系下通过矢量控制对q轴 参考电流进行跟踪。阐述了实现这种方法的软、硬件结构，仿真研究和实验结 果表明这种控制策略可以有效地抑制由于反电动势的偏差所产生的电磁转矩脉 动。