無刷直流電機（Brushless DC motor,簡稱BLDCM）是繼傳統(tǒng)電機之后的一種性能極其卓越的新型電機,已經(jīng)廣泛應用于伺服系統(tǒng)、航空、軍事等領(lǐng)域,市場潛力巨大,未來必將發(fā)展迅速。但以電流換向、齒槽效應等原因引起的無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動問題限制了該電機在高精度伺服系統(tǒng)等領(lǐng)域的應用。抑制轉(zhuǎn)矩脈動,提升控制系統(tǒng)綜合性能是保證無刷直流電機具備較高動、靜態(tài)性能和擴大應用場合的關(guān)鍵所在。本文以BLDCM為控制對象,在對其工作原理和數(shù)學模型的分析基礎(chǔ)上,分析了直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control,DTC）策略及其優(yōu)缺點。為了改善傳統(tǒng)DTC具有轉(zhuǎn)矩脈動較高,系統(tǒng)穩(wěn)定性偏差和低速運行時電機難以精準控制等問題,提出了一種基于滑�？刂频腄TC方法,該方法采用基于超扭曲算法（super-twisting）的滑模控制器代替原有的轉(zhuǎn)矩、磁鏈滯環(huán)控制器,優(yōu)化了磁鏈、轉(zhuǎn)矩脈動,利用空間矢量調(diào)制技術(shù)代替原有的開關(guān)表,不僅實現(xiàn)了對控制系統(tǒng)開關(guān)頻率的優(yōu)化,還提高了直流母線電壓利用率,并使控制系統(tǒng)更易于硬件電路實現(xiàn)。基于李雅普諾夫原理分析了滑�？刂破鞯姆�(wěn)定性,穩(wěn)定性和魯棒性分析表明系統(tǒng)穩(wěn)定性良好并... 

【文章來源】：河北科技大學河北省

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

一般控制方式

河北科技大學碩士學位論文21.2無刷直流電機基本控制策略縱觀BLDCM控制策略的發(fā)展歷史，總結(jié)下來無刷直流電機的控制策略主要分為三種控制方式：第一種是一般控制方式；第二種是調(diào)壓控制方式；第三種是電流滯環(huán)PWM控制方式。下面對這三種控制方式分別進行介紹。(1)一般控制方式如圖1-1所示一般控制方式的無刷直流電機控制系統(tǒng)中只有位置反饋，位置反饋的設(shè)計可以達到轉(zhuǎn)速的同步。但是電機不能任意調(diào)速，母線電壓一定時，電機可以在一定轉(zhuǎn)速下一直工作，并且該控制方式轉(zhuǎn)矩脈動較大。圖1-1一般控制方式(2)調(diào)壓控制方式如圖1-2所示為調(diào)壓控制方式，控制系統(tǒng)可以得到由位置傳感器提供的轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)來控制母線電壓幅值，從而實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。圖1-2調(diào)壓控制方式(3)電流滯環(huán)PWM控制如圖1-3所示是常見的BLDCM電流滯環(huán)PWM的控制框圖。電流滯環(huán)指的是給定電流和反饋得到的實際電流進行滯環(huán)比較，這種控制方法可以提高相電流的穩(wěn)定性，從而減小電流脈動，進而可以改善電機的動態(tài)特性[4]。但該方法并沒有從根本上解決換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動。并且在該控制方式下仍有如下不足：

第1章緒論31)開關(guān)頻率會隨著電流滯環(huán)寬度的減小而上升，導致開關(guān)管等器件損耗加大；2)當電機處于輕載或電機內(nèi)置電感略小時，電機的電流將會很難控制在滯環(huán)寬度內(nèi)。圖1-3電流滯環(huán)PWM控制方式1.3直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)1.3.1直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀無刷直流電機的控制策略又可以分為經(jīng)典控制策略、現(xiàn)代控制策略和智能控制策略，其中較典型的控制策略有PID、模糊PID、磁場定向控制、自適應控制、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制策略。目前較新穎以及結(jié)構(gòu)多變的為直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。在二十世紀八十年代中期德國和日本的研究學者相繼提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，并將其推廣到弱磁調(diào)速領(lǐng)域。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相對于矢量控制技術(shù)的優(yōu)勢在于，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)具有計算簡單、電機特性受外部環(huán)境、電機參數(shù)改變的影響較小等優(yōu)點[5]。1997年澳大利亞新南威爾士大學和南京航空航天大學共同將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應用于永磁同步電機上，實現(xiàn)了對永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制[6]。隨后南京航空航天大學解決了永磁同步電機的Bang-Bang直接轉(zhuǎn)矩控制中零矢量這一難題，更進一步的完善了該理論[7]。2002年南京航空航天大學建立了相對完善的異步電機發(fā)電系統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制理論，又稱瞬時轉(zhuǎn)矩控制[8]，2004年南京航空航天大學進行了基于基波圓的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制理論的研究[9]。2008年國外開始深入研究如何在無刷直流電機上應用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)[10]。近幾年隨著直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應用越發(fā)成熟，國內(nèi)外逐漸出現(xiàn)了針對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，文獻[11]提出了一種正負參考轉(zhuǎn)矩下的新半橋調(diào)制模式開關(guān)表查詢方案的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，優(yōu)化了開關(guān)表查詢方式；文獻[12]為了控制結(jié)構(gòu)簡單推出了無磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)，使得算法便于硬件實現(xiàn)，但是控制精度較低

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于STM32的A/D采樣軟件濾波改進算法研究[J]. 黃健,張善文,周端.  儀表技術(shù)與傳感器. 2016(03)
[2]基于DSP控制的永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 劉少軍,張思雨.  國外電子測量技術(shù). 2016(01)
[3]計算機軟件在誤差理論與數(shù)據(jù)處理問題中的應用[J]. 江鵬宇,于宏濤,李吉萌,林韜.  電子技術(shù)與軟件工程. 2016(01)
[4]基于最小電壓矢量偏差的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制[J]. 陳煒,艾士超,谷鑫.  電工技術(shù)學報. 2015(14)
[5]基于固件庫的STM32F107的程序設(shè)計方法探討[J]. 張明華.  數(shù)字技術(shù)與應用. 2014(12)
[6]PMSM有效磁鏈滑模觀測器及轉(zhuǎn)矩精確控制[J]. 趙凱輝,陳特放,張昌凡,何靜,黃剛.  計算機工程與應用. 2014(21)
[7]電動輪式移動小車控制系統(tǒng)設(shè)計與試驗[J]. 張鐵民,黃翰,黃鵬煥.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2014(19)
[8]基于SVPWM的無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)研究[J]. 劉云,賈洪平,張鵬,耿田軍.  機電工程. 2014(09)
[9]無磁鏈反饋無刷直流電機控制研究[J]. 李占,李斌,謝衛(wèi)彬,孫會琴.  河北工業(yè)科技. 2014(04)
[10]一種變M/T測速方法的研究與實驗[J]. 王海勇,鮑遠慧.  測控技術(shù). 2014(05)

博士論文
[1]無刷直流電機轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)高階滑�？刂蒲芯縖D]. 張慶超.西北工業(yè)大學 2017
[2]永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題研究[D]. 楊建飛.南京航空航天大學 2011

碩士論文
[1]基于滑�？刂频挠来磐诫姍C直接轉(zhuǎn)矩控制研究[D]. 丁善峰.東北石油大學 2019
[2]三相開關(guān)磁阻電機三電平DTC驅(qū)動器的設(shè)計及算法研究[D]. 韓永朋.河北科技大學 2018
[3]無位置傳感器BLDC電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張匯捷.武漢工程大學 2017
[4]基于蟻群算法的無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)研究[D]. 劉智城.華南理工大學 2017
[5]變質(zhì)心高旋炮彈飛行性能研究[D]. 劉圣起.北京理工大學 2016
[6]基于優(yōu)化滑模觀測器的無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[D]. 李文帥.天津大學 2017
[7]基于STM32的無刷直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究[D]. 王國宇.廣西師范大學 2016
[8]永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法研究[D]. 陳真.東北大學 2015
[9]永磁無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]. 康淼淼.東北大學 2015
[10]無刷直流電機直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究[D]. 桂天真.長安大學 2015



本文編號：2951831