【摘要】：永磁無刷直流電機使用電子換相代替直流電機的機械換向,在具備直流電機運行效率高、調速性能好等優(yōu)點的同時又具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點,而且轉子采用永磁體勵磁,無勵磁損耗。釹鐵硼等高性能稀土永磁材料的問世和發(fā)展極大地促進了永磁無刷直流電機的生產(chǎn)應用,目前已遍及航空航天、軍工裝備、工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、家用電器、電動汽車等很多領域。永磁無刷直流電機運行效率高、調速范圍寬、功率密度大、輸出轉矩大,特別適合作為電動汽車的驅動電機。永磁無刷直流電機作為機電一體化電機產(chǎn)品,與配套的控制器是一個有機整體,二者必須同步設計。文章分析永磁無刷直流電機系統(tǒng)的基本結構和工作原理,闡述六相不對稱永磁無刷直流電機的換相邏輯控制原理,推導并建立其數(shù)學模型,包括電壓方程,反電動勢方程,電磁轉矩方程和運動方程。利用MATLAB/Simulink仿真環(huán)境搭建六相不對稱永磁無刷直流電機控制系統(tǒng)的仿真模型,進行仿真分析,驗證控制系統(tǒng)的正確性,為研究換相轉矩脈動的產(chǎn)生原因及提出換相轉矩脈動的抑制策略提供理論依據(jù)。永磁無刷直流電機的突出問題是轉矩脈動,轉矩脈動問題嚴重制約了永磁無刷直流電機在低紋波調速系統(tǒng)和高精度伺服系統(tǒng)的應用,而且還會使電機產(chǎn)生很大的運行噪聲。文章詳細分析了換相轉矩脈動的產(chǎn)生原因,得出在換相期間,因為關斷相電流下降速率與開通相電力上升速率不相等,引起非換相相電流脈動,從而造成轉矩脈動。針對中低速運行和高速運行不同的脈動表現(xiàn)提出了兩種抑制換相轉矩脈動的控制策略,基于pwm-on-pwm調制的非換相相電流滯環(huán)控制和重疊換相控制。并進行了仿真研究,仿真結果驗證了所提換相轉矩脈動抑制策略的正確性和有效性。最后,在前文的理論和仿真研究基礎上,設計了基于DSPCPLD的永磁無刷直流電機控制器,介紹了硬件電路設計和軟件程序設計以及上位機設計。建立控制器硬件系統(tǒng)平臺后,進行了一定實驗調試,實現(xiàn)了預期結果。結果表明,設計的永磁無刷直流電機控制器能夠正常工作,具有較好的運行性能,電機定子電流波形較好。
[Abstract]:The permanent magnet brushless DC motor uses electronic commutation instead of the mechanical commutation of the DC motor. It has the advantages of high operating efficiency and good speed regulation performance of the DC motor, while at the same time it has the simple structure and reliable operation of the AC motor. Maintenance convenience and a series of advantages, and rotor using permanent magnet excitation, no excitation loss. The advent and development of high performance rare earth permanent magnet materials, such as neodymium, iron and boron, has greatly promoted the production and application of permanent magnet brushless DC motors. At present, it has spread throughout aerospace, military equipment, industrial automation, medical equipment, and household appliances. Electric cars and many other fields. The permanent magnet brushless DC motor has the advantages of high operating efficiency, wide speed range, large power density and large output torque, so it is especially suitable for the drive motor of electric vehicle. Permanent magnet brushless DC motor (BLDCM), as a mechatronic motor product, is an organic whole with the supporting controller, both of which must be designed synchronously. This paper analyzes the basic structure and working principle of the permanent magnet brushless DC motor system, expounds the commutation logic control principle of the six-phase asymmetrical permanent magnet brushless DC motor, deduces and establishes its mathematical model, including voltage equation, reverse electromotive force equation, and so on. Electromagnetic torque equation and motion equation. The simulation model of six-phase asymmetrical permanent magnet brushless DC motor control system is built by using MATLAB/Simulink simulation environment, and the simulation analysis is carried out to verify the correctness of the control system. It provides a theoretical basis for studying the cause of commutation torque ripple and putting forward the suppression strategy of commutation torque ripple. The outstanding problem of permanent magnet brushless DC motor is torque ripple. Torque ripple seriously restricts the application of permanent magnet brushless DC motor in low ripple speed regulation system and high precision servo system. In this paper, the causes of commutation torque ripple are analyzed in detail, and it is concluded that during commutation period, the off-phase current drop rate is not equal to the on-off phase electric power rise rate, which causes the non-commutation current ripple, resulting in the torque ripple. Two control strategies are proposed to suppress commutation torque ripple, which are non-commutation current hysteresis control and overlapping commutation control based on pwm-on-pwm modulation, aiming at the different ripple performance of medium-low speed operation and high-speed operation. The simulation results show that the proposed commutation torque ripple suppression strategy is correct and effective. Finally, based on the above theory and simulation, a permanent magnet brushless DC motor controller based on DSPCPLD is designed. The hardware circuit design, software program design and upper computer design are introduced. After setting up the hardware system platform of the controller, some experiments have been carried out and the expected results have been achieved. The results show that the designed permanent magnet brushless DC motor controller can work normally and has good performance and the stator current waveform of the motor is better than that of the permanent magnet brushless DC motor.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM33

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本文編號：2471943